W.08.細(xì)胞核與染色體

1、第八章 細(xì)胞核與染色體（chr）一、間期核的性質(zhì)： (P247)（一）形狀：一般來(lái)說(shuō)，間期核的形狀是與細(xì)胞形狀相關(guān)的，當(dāng)細(xì)胞成等直徑形（圓球形，立方形，對(duì)稱多角形）核呈圓形；當(dāng)細(xì)胞 呈長(zhǎng)形（柱形，管狀，梭狀）核則呈橢圓形，當(dāng)細(xì)胞是扁平狀，核呈扁盤(pán)形，亦有細(xì)胞核呈不規(guī)則形的,例如白血細(xì)胞（核呈多葉形），纖毛蟲(chóng)（核呈鏈珠形），蠶絲腺細(xì)胞（核呈分枝形），胚乳（核呈網(wǎng)狀）。（二）大?。阂话銇?lái)說(shuō)間期核體積與細(xì)胞體積成正比關(guān)系，但不同發(fā)育時(shí)間也有變化。1（三）數(shù)量：通常細(xì)胞中都是單核,但也有雙核or多核的,例如菊科植物(乳管細(xì)胞及骨藻細(xì)胞中，核有幾百個(gè)，動(dòng)物橫紋肌細(xì)胞及骨髓內(nèi)的破骨細(xì)胞中)，核也達(dá)一百個(gè)左

2、右，這些多核細(xì)胞是由于核分裂次數(shù)多于胞質(zhì)分裂所導(dǎo)致的，or是由于天然發(fā)生的細(xì)胞融合造成的（合胞體），此外，還有少數(shù)類(lèi)型細(xì)胞是無(wú)細(xì)胞核的，例如人的成熟紅細(xì)胞及plant的成熟篩管細(xì)胞 ,皆是特殊分化失去了核，故不能分裂增殖壽命亦有限。（四）位置：胚胎細(xì)胞及幼齡細(xì)胞中，細(xì)胞核居中，但隨著細(xì)胞生長(zhǎng)與分化，有時(shí)核會(huì)移位和變形，例如成熟植物(mature plant)細(xì)胞中，細(xì)胞核常被中央液泡擠到一側(cè)。2二、間期核的結(jié)構(gòu)：（一）膜（nuclear envelope）： 1形態(tài)結(jié)構(gòu)： 電鏡下觀察核膜是由兩層平行排列的單位膜組成，即核外膜和核內(nèi)膜。每層膜的厚度約7.5nm，在內(nèi)，外膜之間有寬為2050nm的

3、間隙，稱為核周隙（核周腔）（perinu clear space）。核外膜以外表面附有核糖體，其部分區(qū)域與糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜相連，所以核周隙與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔是連通的，核內(nèi)膜上無(wú)核糖體附著，其內(nèi)側(cè)有一層纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，稱為核纖層（nuclear lamina），核纖層的厚度因細(xì)胞而異，一般在30nm以下，組成核纖層的蛋白纖維是由3種多肽核纖層蛋白A，B，C(MW60-75KD)裝配而成，這種fiber可與核內(nèi)膜中的核纖層B（lamin B）受體結(jié)合，又可與細(xì)胞中的染色質(zhì)的特定區(qū)段（異染色質(zhì)）連接，所以核纖層是核膜及染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)支架。3圖12-1 細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)，n 為核仁，N 為常染色質(zhì) 4圖12-2 核被膜的

4、TEM 照片 核被膜核孔核纖層（濃縮）異染色質(zhì)5圖12-3 核被膜的結(jié)構(gòu) 6圖12-4 核纖層結(jié)構(gòu) 7 2. 核孔: 核內(nèi)、外膜在部分區(qū)域相互連接形成貫通內(nèi)外的孔道，稱為核孔（nuclear pore），核孔在核膜上的數(shù)量和密度因細(xì)胞類(lèi)型&生理狀態(tài)而異，凡代謝旺盛，轉(zhuǎn)錄活躍的細(xì)胞，則核孔多而密，核孔中有復(fù)雜結(jié)構(gòu)故稱為核孔復(fù)合體（nuclear pore complex） (P251)。 動(dòng)、植物細(xì)胞核模上都具有此結(jié)構(gòu)（進(jìn)化保守）,其具體構(gòu)型為：在核孔外緣&內(nèi)緣各有一胞質(zhì)環(huán)&核質(zhì)環(huán)，由這兩環(huán)分別朝核內(nèi)，外各伸出8條纖維，胞質(zhì)纖維短而卷曲；核質(zhì)纖維細(xì)長(zhǎng)伸入核內(nèi)，末端又形成一小環(huán)（由8個(gè)顆粒組成）類(lèi)

5、似“捕魚(yú)籠”，此外，在核孔復(fù)合體內(nèi)部還有一平面對(duì)稱分布的8個(gè)顆粒及1個(gè)中央顆粒（or稱中央栓transporters）。這些結(jié)構(gòu)物皆是核糖核蛋白構(gòu)成， 8圖12-3 核被膜的結(jié)構(gòu) 9圖12-6 核孔結(jié)構(gòu)模型 胞質(zhì)纖維中央栓胞質(zhì)環(huán)輪輻內(nèi)腔核質(zhì)環(huán)核籃纖維末端環(huán)10 總之，核孔復(fù)合體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：對(duì)垂直于核膜的中心軸呈八重對(duì)稱分布格局，而對(duì)核膜內(nèi)外則是不對(duì)稱分布（朝向胞質(zhì)，核質(zhì)兩面不對(duì)稱）。 應(yīng)用電鏡免疫測(cè)定，核孔復(fù)合體的標(biāo)志蛋白是gp210 (跨膜糖蛋白)，是起錨定核孔復(fù)合體作用，另外，中央顆粒上還有一種p62蛋白,從yeast到man，各類(lèi)生物細(xì)胞的核孔蛋白都具有同源性，說(shuō)明核孔復(fù)合體在進(jìn)化上高

6、度保守。）11圖12-4 抽提后核孔胞質(zhì)面的結(jié)構(gòu) 12圖12-5 抽提后核孔核質(zhì)面的結(jié)構(gòu) 133核膜的主要功能：（1）是核內(nèi)外隔離屏障，使細(xì)胞核成為相對(duì)獨(dú)立，穩(wěn)定的生理功能系統(tǒng)，核內(nèi)的滲透壓，PH值，電位差，化學(xué)成分和電磁效應(yīng)，均有別于細(xì)胞質(zhì)且維持相對(duì)恒定，因而細(xì)胞核內(nèi)的生理生化活動(dòng)實(shí)現(xiàn)專(zhuān)門(mén)化，該屏障功能，除核內(nèi)外膜之外還有核周隙&核纖層的作用不應(yīng)忽視，核周隙是介于核質(zhì)與胞質(zhì)之間的生理緩沖區(qū)，核纖層能配合核膜維持核的完整性，纖層蛋白對(duì)分裂時(shí)核膜解體及分裂后核膜重建起調(diào)控作用。14 （2）控制核內(nèi)外的物質(zhì)&信息變換以核孔復(fù)合體通道進(jìn)行的雙向選擇性物質(zhì)運(yùn)輸，方式有2種：被動(dòng)擴(kuò)散&主動(dòng)運(yùn)輸，經(jīng)微量注

7、射膠體金測(cè)試，核孔通道有效直徑約9nm。離子小蛋白分子代謝物皆由此通道進(jìn)行自由擴(kuò)散，對(duì)大分子物質(zhì)則需主動(dòng)運(yùn)輸，但也有些直徑小于9nm的物質(zhì)也不能自由擴(kuò)散過(guò)膜，反而直徑達(dá)26nm的物質(zhì)主動(dòng)運(yùn)輸卻順利通過(guò)，這是因?yàn)楹丝讖?fù)合體有效通道直徑會(huì)調(diào)節(jié)，能有選擇性地控制穿過(guò)核孔的物質(zhì)雙向運(yùn)輸。 例如，輸出膜外的物質(zhì)有在核內(nèi)組裝的核糖體亞單位（RNP顆粒）的mRNA & tRNA前體 ，在核內(nèi)加工完畢的mRNA可通過(guò)核孔輸?shù)郊?xì)胞質(zhì)中，而核內(nèi)不均一RNA（hnRNA，即mRNA的前體）卻不能穿過(guò)，這是由于mRNA的5端加上3m7GPPPG帽子的選擇信號(hào)：還有些蛋白有核輸出信號(hào)NES。15圖12-30 核糖體的組

8、裝 16 再例如：輸入核內(nèi)的物質(zhì)，有在細(xì)胞質(zhì)中合成的DNA聚合酶，RNA聚合酶以及組裝染色質(zhì)的組蛋白&非組蛋白，組裝核糖體的蛋白質(zhì)，還有激素受體復(fù)合體蛋白等等親核蛋白質(zhì)，它們之所以都能被選擇性地主動(dòng)運(yùn)輸進(jìn)入核內(nèi)，是由于皆含有一段核定位信號(hào)（nuclear localization signal ,NLS序列）這是定向進(jìn)入核孔&在核內(nèi)定位的信號(hào)序列，NLS序列與信號(hào)肽及導(dǎo)肽不相同，它可存在親核蛋白質(zhì)的不同部位（不一定是在 N端或C端），并且在引導(dǎo)蛋白質(zhì)輸入后不會(huì)被切除，NLS序列是被核孔復(fù)合體中的NBPs受體蛋白所識(shí)別，結(jié)合及介導(dǎo)穿過(guò)核孔的。 總之核孔復(fù)合體上主動(dòng)運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)可歸納為：信號(hào)識(shí)別；載

9、體介導(dǎo)；需GTP供能；雙向選擇；具飽合動(dòng)力學(xué)規(guī)律（飽合曲線）。17圖12-7 金標(biāo)記的核質(zhì)素穿越核孔 線粒體18圖12-8 核質(zhì)素輸入細(xì)胞核的過(guò)程 19圖12-30 核糖體的組裝 20（3）蛋白質(zhì)合成作用：核外膜外表附著核糖體，其合成產(chǎn)物由核周隙與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔相連通的管道輸走。21（二）核仁（nucleolus）(核仁無(wú)膜包圍，無(wú)規(guī)則形的)： 核仁是細(xì)胞 核中的重要結(jié)構(gòu)之一，其形狀，數(shù)目&大小在不同生物細(xì)胞中表現(xiàn)不同。一般是圓球形，也有呈不規(guī)則形的；有的是單個(gè)，也有的是多個(gè)的；凡蛋白質(zhì)合成旺盛的細(xì)胞中核仁明顯偏大，而蛋白質(zhì)合成差的細(xì)胞中核仁小。此外，核仁在細(xì)胞周期過(guò)程中表現(xiàn)出周期性的消失&重現(xiàn)規(guī)律

10、，這是進(jìn)行rRNA合成，加工及核糖體亞單位裝配的動(dòng)態(tài)表現(xiàn)。 核仁中，蛋白質(zhì)占80%，RNA占1015%，另外還有510%的DNA&微量脂類(lèi)。22 核仁無(wú)膜包圍， 纖維中心FC， 其內(nèi)大致分為三種區(qū)域： 致密fibre組分DFC， 顆粒組分GC， 纖維中心區(qū)域有10nm粗的纖絲，是含有rRNA基因的染色質(zhì)纖絲，在此區(qū)域外圍的致密纖維組分區(qū)域，由大量25nm的細(xì)纖絲交織成海綿狀，這些細(xì)纖絲是結(jié)合了蛋白質(zhì)的45s rRNA前體，而在顆粒組分區(qū)域則含有許多直徑1020nm的顆粒，這是正在裝配中的成熟程度不同的核糖體亞單位，主要是大亞單位，細(xì)纖絲 & 顆粒皆是核糖核RNP，除去這些結(jié)構(gòu)物剩下的是以可溶性

11、蛋白質(zhì)組成的核仁基質(zhì)。 23 圖12-28 核仁結(jié)構(gòu)纖維中心(fibrillar centers，F(xiàn)C) 致密纖維組分(dense fibrillar component，DFC) 顆粒組分(granular component，GC)24 核仁組織區(qū)（NOR）：是指某一對(duì)（or某幾對(duì)）同原染色質(zhì)上的一種special region，含有許多 rRNA基因 copies，在間期核當(dāng)中，染色質(zhì)解螺旋時(shí)， NOR的染色質(zhì)fibre是插入FC區(qū)的10nm粗纖絲，而到分裂期，核仁（nucleolus）中的染色質(zhì)絲螺旋化，形成染色質(zhì)上的核仁組織區(qū) region。有些生物的核仁組織區(qū)是位于染色質(zhì)的次縊痕，

12、例如玉米的核仁組織區(qū)在第6對(duì)染色質(zhì)短臂的次縊痕上，人的核仁組織區(qū)在第13，14，15，21，22這五對(duì)染色質(zhì)的次縊痕處（不過(guò)，也有生物核仁組織區(qū)nor不在染色質(zhì)次縊痕位置），具有核仁組織區(qū)nor的染色質(zhì)可統(tǒng)稱為核仁染色質(zhì)。 25圖12-18 核仁組織者中心形成核仁 26 間期核內(nèi)核仁明顯，是編碼rRNA基因的10nm粗的染色質(zhì)纖絲解螺旋 (helix)在活躍轉(zhuǎn)錄指導(dǎo)核仁內(nèi)rRNA合成，加工及核糖體大、小亞單位裝配，分裂期時(shí)，rRNA轉(zhuǎn)錄停止，那段10nm粗的染色質(zhì)纖絲螺旋化，卷到核仁染色質(zhì)上去，原已合成及裝配的核糖體亞單位都從核孔輸出到細(xì)胞質(zhì)中，所以核仁變小而消失。 核仁的主要功能有：是rRN

13、A前體的轉(zhuǎn)錄合成及加工場(chǎng)所，是核糖體亞單位的組裝場(chǎng)所。27 以染色體（chromation）鋪展技術(shù)在電鏡下觀察rDNA轉(zhuǎn)錄情況（非洲爪蟾蠑源：傘藻等的核仁中）： 伸展的DNA纖維上間隔分布有若干段，由平行細(xì)絲組成 “圣誕樹(shù)”狀結(jié)構(gòu)，這每一段都是rDNA的一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位而那些細(xì)絲即是由RNA聚合酶I附著在DNA上的新轉(zhuǎn)錄合成rRNA鏈。RNA聚合酶從基因起始端開(kāi)始邊讀碼轉(zhuǎn)錄邊向基因終止端移動(dòng)（每段上約有100200個(gè)RNA聚合酶I在依次移動(dòng)工作）因此形成順轉(zhuǎn)錄方向細(xì)絲逐漸增長(zhǎng)的“圣誕樹(shù)”在RNA細(xì)絲的游離域可見(jiàn)球狀的RNP顆粒，在基因終止端完成轉(zhuǎn)錄的RNA細(xì)絲即脫離DNA鏈，游離至核仁基質(zhì)。28

14、圖12-29 rRNA 的轉(zhuǎn)錄 29 rRNA基因?qū)儆谥械戎貜?fù)序列DNA，非洲爪蟾的含600個(gè)copies,人的有200個(gè)copies，這種串聯(lián)重復(fù)排列的rRNA基因可保證RNA聚合酶能連續(xù)高效大量轉(zhuǎn)錄，以便大量裝配核糖體，因?yàn)槊總€(gè)細(xì)胞需有107個(gè)核糖體才能確保其蛋白質(zhì)合成運(yùn)轉(zhuǎn)。 30 注意：上述在核仁中的rRNA基因轉(zhuǎn)錄單位，僅包含18S，5.8S和28SrRNA，而5SrRNA基因不在核仁組織區(qū)域，其轉(zhuǎn)錄不在核仁之中。人約有2000個(gè)5SrRNA基因copy，也是成簇串聯(lián)排列，由RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄后經(jīng)加工進(jìn)入核仁顆粒區(qū)參與核糖體大亞單位組成。 rRNA前體（45S）合成后，須經(jīng)過(guò)一系列

15、加工修飾如甲基化，切割降解才能分成18S，5.8S和28S。注意：此加工的對(duì)象都不是游離狀態(tài)的rRNA，而是RNP復(fù)合物，經(jīng)過(guò)多步驟剪切，加工組裝成核糖體的大小亞單位，由核孔復(fù)合物輸出到細(xì)胞質(zhì)中去，小亞單位組裝快，大亞單位組裝較緩慢，所以顆粒區(qū)所見(jiàn)到的主要是大亞單位。31（三）染色質(zhì)（chromatin）： 1概念及類(lèi)型： 染色質(zhì)：是分裂期染色體的組成物質(zhì)，也是間期核內(nèi)能被堿性染料（即胞核染料，如蘇木精，卡紅，甲綠，堿性品紅等）染色的物質(zhì)，是由DNA，組蛋白，非組蛋白以及少量的RNA所組成的串珠狀復(fù)合物，通常分為2種type： 常染色質(zhì)（eu chromatin）是在分裂間期能正常解螺旋而被染

16、色較淡的染色質(zhì)部分，這種狀況是其中基因進(jìn)行轉(zhuǎn)錄的必需條件。 異染色質(zhì)（hetero chromatin）是分裂間期保持凝縮狀態(tài)而被濃染的chromatin部分，無(wú)轉(zhuǎn)錄活性，且DNA復(fù)制行為比常染色質(zhì)的復(fù)制較晚，凝縮較早，分2種type： 32圖12-14 異染色質(zhì)（核內(nèi)深染部分）和常染色質(zhì)（核內(nèi)淺染部分） 33 結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)（constitutive hetero chromatin）是在各種細(xì)胞類(lèi)型&發(fā)育階段都是凝縮狀態(tài)的異ch質(zhì)，分布于chr的著絲粒區(qū)，微粒區(qū)次縊痕及某些chr的特定區(qū)段。 兼性異染色質(zhì)（chromatin facultative hetero chromatin）是在某種

17、特定組織細(xì)胞里or某個(gè)發(fā)育階段，由常染色質(zhì)轉(zhuǎn)變成的異染色質(zhì)，喪失轉(zhuǎn)錄活性，例如：正常女性的體細(xì)胞中2條X 染色體的染色質(zhì)都是具轉(zhuǎn)錄活性的常染色質(zhì)（追逆來(lái)源，分別來(lái)自父母雙親）但受精后1618天時(shí)，其中一條隨機(jī)性失活凝縮為異染色質(zhì)，即成為體細(xì)胞間期核呈現(xiàn)的巴氏小體，Lyon理論（1960年）解釋 X 染色體失活是劑量補(bǔ)償效應(yīng)。 活性染色質(zhì)：具轉(zhuǎn)錄活性的常染色質(zhì)。 非活性染色質(zhì)：是不能轉(zhuǎn)錄的染色質(zhì)，即包括異染色質(zhì)，也包括基因處于暫時(shí)關(guān)閉狀態(tài)的常染色質(zhì)，所以分裂期染色質(zhì)上都是非活性的。 342. 染色質(zhì)的組分：（1）DNA： 單一序列：不重復(fù)（即單copy）序列長(zhǎng)度103bp， 能轉(zhuǎn)錄大多數(shù)結(jié)構(gòu)基因

18、，都是單一序列。 中度重復(fù)序列，重復(fù)概率為10105重復(fù)單位平均長(zhǎng)度為300bp，多數(shù)是不編碼序列，起基因調(diào)控作用。例：人基因組中的Alu序列家族，也有部分中度重復(fù)序列是能轉(zhuǎn)錄的，例：編碼5種組蛋白的組蛋白基因,rRNA基因，5sRNA基因和tRNA基因. 高度重復(fù)序列，重復(fù)率為105107，重復(fù)單位長(zhǎng)度為5300bp，皆不能轉(zhuǎn)錄，主要分布在染色的著絲粒區(qū)&端粒區(qū)，構(gòu)成結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)（heterd chrcmatin），大多數(shù)高度重復(fù)序列由于富含AT堿基，因此在氯化銫密度梯度離心中會(huì)在DNA主帶附形成次要帶，所以稱為衛(wèi)星DNA（satellite DNA）。但也有些高度重復(fù)序列不能形成次要帶，根

19、據(jù)串聯(lián)重復(fù)單位長(zhǎng)度，還可分出小衛(wèi)星DNA（ minisatellite DNA）和微衛(wèi)星（micro satellite）DNA，可用于遺傳譜系分析和親子鑒定的DNA指紋分析。 35圖12-9 三種不同構(gòu)象的DNA 雙螺旋 36（2）組蛋白： 是染色質(zhì)中與DNA結(jié)合的堿性蛋白質(zhì)，所有真核細(xì)胞中都含有5種組蛋白類(lèi)型，即H1，H2A，H2B，H3，H4 （只有2個(gè)例外，魚(yú)類(lèi)精子中的魚(yú)精蛋白替代組蛋白；魚(yú)類(lèi)&鳥(niǎo)類(lèi)紅細(xì)胞中H1被H5所替代）原核細(xì)胞中沒(méi)有組蛋白，而且各種真核細(xì)胞中組蛋白成分，含量都相似。所以組蛋白無(wú)種屬和tissue特異性（H1除外，略有差異）是遺傳進(jìn)化保守的物質(zhì)。37（3）非組蛋白：

20、 是能與chr上特異DNA序列相結(jié)合的酸性蛋白質(zhì)，具有種屬和tissue特異性。非組蛋白種類(lèi)眾多，其功能為：控制基因轉(zhuǎn)錄&復(fù)制；協(xié)助DNA分子折疊成結(jié)構(gòu)域；調(diào)節(jié)表達(dá)；組成染色體骨架。 組蛋白&非組蛋白都由細(xì)胞質(zhì)之中合成，經(jīng)核孔進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，但不同之點(diǎn)：組蛋白僅在細(xì)胞周期的S期合成（與DNA合成時(shí)間吻合），而非組蛋白則在多個(gè)時(shí)期都能合成。 序列特異性DNA結(jié)合蛋白的結(jié)構(gòu)模式 （P263）： helix轉(zhuǎn)角 helix， 鋅指，leu拉鏈， helix 環(huán)helix， HMG（高速泳動(dòng)族蛋白）框。383、染色質(zhì)（chromatin）的結(jié)構(gòu)：（1）解聚的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)： 電鏡下觀察，未經(jīng)處理的染色質(zhì)自然

21、結(jié)構(gòu)為30nm的纖絲，但經(jīng)鹽溶液處理的染色質(zhì)呈現(xiàn)直徑10nm的串珠狀纖絲，用微球菌核酸酶消化染色質(zhì)，若完全酶解，片段是200bp，若不完全酶解，片段是200、400、600、800 bp，1974年Korngerg把這種小球顆粒定為核小體（mucleosome）。（2）核小體結(jié)構(gòu)：a)包括200bp左右的DNA組蛋白八聚體及一個(gè)組蛋白H1分子。b)H2A、H2B、H3、H4各2個(gè)分子構(gòu)成扁粒狀的核小體核心顆粒（組蛋白八聚體）。c)146bp的DNA片段在核心顆粒外盤(pán)繞1.75圈。d)組蛋白質(zhì)H1位于核心顆粒側(cè)邊與DNA結(jié)合，鎖住 DNA進(jìn)出端 (遮蓋20bp)。e)相鄰核小體之間的連接DNA長(zhǎng)

22、度為0（yeast）-80bp（海鞘）不等。 39圖12-11 核小體和螺線管的結(jié)構(gòu) 核小體Solenoid 螺線管40圖12-12 30nm 和11nm 染色質(zhì)纖維 41（3）DNase超敏感位點(diǎn)（hypersensitive site）與核小體分布的關(guān)系： 用微量DNaseI處理染色質(zhì)時(shí)，切割將首先發(fā)生在少數(shù)特異位點(diǎn)上，被稱為DNase超敏感位點(diǎn)。它只出現(xiàn)在基因活躍表達(dá)的細(xì)胞中，是活性染色質(zhì)區(qū)段的特征，現(xiàn)已知這些位點(diǎn)region缺少核小體結(jié)構(gòu)，即該region的DNA序列不受組蛋白八聚體所保護(hù)。所以對(duì)核酸酶的敏感性是其它染色質(zhì)region的100倍以上，活性基因的超敏感位點(diǎn)常在其啟動(dòng)子附近

23、。可能是為RNA聚合酶、轉(zhuǎn)錄因子或其它調(diào)控因子提供了結(jié)合位點(diǎn)。42（4）核小體結(jié)構(gòu)與DNA復(fù)制及轉(zhuǎn)錄的關(guān)系： 核小體是染色的基本結(jié)構(gòu)，那么當(dāng)DNA復(fù)制時(shí)核小體是否解體？DNA復(fù)制時(shí)核小體的組蛋白八聚體又是如何復(fù)制的？現(xiàn)已知，復(fù)制期（S期）核小體的組蛋白八聚體并不解聚，而是以全保留方式組裝，也就是當(dāng)DNA半保留復(fù)制的同時(shí)，組蛋白也組裝完整的八聚體顆粒與DNA新鏈構(gòu)成核小體，其結(jié)果顯示一條DNA鏈上全部是新核小體，而另一條DNA鏈上全部是老核小體：兩者不出現(xiàn)混雜現(xiàn)象。至于DNA轉(zhuǎn)錄過(guò)程中，活性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)形成原因： 核小體相位改變； 核心組蛋白乙?；?； H1Pi化； HMG （高速泳動(dòng)族蛋白）影響；

24、 “核小體型”43（四）核基質(zhì)： 間期核中除了核被膜，核纖層，染色質(zhì) & 核仁之外的基質(zhì)部分稱為核基質(zhì)，現(xiàn)已知其中有：以蛋白質(zhì)纖維構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，故又稱為核骨架（muclear skeleton），這是由10多種非組蛋白 fibre 蛋白及少量RNA構(gòu)成，該結(jié)構(gòu)外形大小與細(xì)胞核基本一致，其外緣與核纖層相連接，核骨架的功能是：維持細(xì)胞核形狀；對(duì)DNA染色質(zhì)fibre的核內(nèi)空間排列，起支撐附著作用；與DNA復(fù)制，轉(zhuǎn)錄以及核內(nèi)大分子物質(zhì)加工，運(yùn)輸?shù)葎?dòng)能有關(guān)。 另外，新近還發(fā)現(xiàn)“核體”（nuclear bodies）可能是核組分的“分子貨倉(cāng)”。44三、染色體 （chromosome）：（一）中期染色體

25、的形成： 由間期核中核小體組成的染色質(zhì)基本結(jié)構(gòu)，在分裂期是如何濃縮形成染色體的？現(xiàn)普遍公認(rèn)的理論explain是四級(jí) helix模型，該模型可用簡(jiǎn)式表示，由DNA helix濃縮染色質(zhì)單體，其長(zhǎng)度總共被壓縮了8400倍，人類(lèi)體細(xì)胞單倍體基因組含3104bp的DNA，所以相鄰堿基間距離為0.34nm，其DNA總長(zhǎng)度約1米，壓縮后約100um，按23個(gè)染色質(zhì)平均，則為4um，那就是光鏡下所見(jiàn)的，人類(lèi)染色體平均長(zhǎng)度。 45圖12-13 染色體的包裝方式 46圖12-31 染色質(zhì)結(jié)合在核骨架/染色體骨架上 47 關(guān)于染色體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，現(xiàn)已知每條染色體中都有一個(gè)由非組蛋白構(gòu)成的染色質(zhì)骨架（scaffol

26、d），即對(duì)中期染色體標(biāo)本采用硫酸葡聚糖加肝素處理，除掉組蛋白 &部分非組蛋白后，在電鏡下可發(fā)現(xiàn)一個(gè)形態(tài)長(zhǎng)度都與原染色體相似的網(wǎng)狀纖維骨架，經(jīng)凝膠電泳分析表明其中有30多種非組蛋白，主要分三種（例如DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶）電鏡下還可見(jiàn)染色體骨架上有許多松展裸露的DNA側(cè)環(huán)，側(cè)環(huán)基部固定在骨架內(nèi)，由此有人提出“玫瑰花環(huán)”的放射環(huán)模型，關(guān)于這種染色體骨架放射環(huán)的發(fā)現(xiàn)解釋了染色體空間構(gòu)型的支撐，也解釋了染色體中非組蛋白的結(jié)構(gòu)作用。 現(xiàn)在一般認(rèn)為，四級(jí)helix 模型中，所說(shuō)的二級(jí)結(jié)構(gòu)的30nm 染色體fibre進(jìn)一步helix折疊，就是在這種非組蛋白支架上卷曲完成的，但對(duì)3-4級(jí)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)尚未統(tǒng)一。48（二

27、）染色體的外形結(jié)構(gòu)： 中期染色體是由2條染色質(zhì)單體所組成，它們互稱為姐妹染色單體，在著絲粒處不相連，每條染色體從著絲粒處分兩個(gè)臂，兩臂等長(zhǎng)的稱為等臂，兩臂尺度不等則分別稱為長(zhǎng)臂（q）& 短臂（p）。染色體著絲粒處的縊痕稱為主縊痕，而其它部位的縊痕都稱為次縊痕。 有少數(shù)染色體在短臂末端附近有一次縊痕，次縊痕外端連有一球形結(jié)構(gòu)，稱為（染色質(zhì)）隨體，在有些animal 細(xì)胞中，這種帶隨體的次縊痕是核心組織區(qū)（NOR）所在部位，這種具NOR的染色體也可稱為核仁染色體（例如 人的13、14、15、21、22號(hào)chr）。 每條染色體臂的末端區(qū)域稱為端粒，起維持染色體穩(wěn)定作用。 著絲粒的英文名稱是centr

28、omere or kindetochore，通常以前者表示姐妹染色質(zhì)單體連接部位，后者表示上述部位兩側(cè)附著紡錘絲微管區(qū)域，現(xiàn)把前者仍譯為著絲粒，后者翻譯為著絲點(diǎn)or動(dòng)粒。 電鏡下觀察著絲點(diǎn)是由蛋白質(zhì)構(gòu)成的三層盤(pán)狀結(jié)構(gòu)，外層和內(nèi)層的電子密度深而中層較淺，染色體上有環(huán)形的染色質(zhì)纖維伸入中層，紡錘絲微管與外層相連接。 49 圖12-17 染色體各部分的名稱1.隨體（satellite） 2.次縊痕（secondary constriction） 3.短臂（short arm） 4.主縊痕（primary constriction）5.長(zhǎng)臂 （long arm） 6.端粒（telomere） 50 圖

29、12-20 著絲粒的3 個(gè)結(jié)構(gòu)域著絲點(diǎn)結(jié)構(gòu)域（kinetochore domain）中心結(jié)構(gòu)域（central domain）配對(duì)結(jié)構(gòu)域（paring domain） 51圖12-21 著絲粒結(jié)構(gòu)域 52（三）染色體的類(lèi)型： 根據(jù)著絲粒所處位置不同可將染色體分為四類(lèi)：中部著絲粒染色質(zhì)（S M）；亞中著絲粒chr（sm）；亞端著絲粒染色質(zhì)（sT）；端部著絲粒染色質(zhì)（T）。決定性別分化的染色質(zhì)稱為性染色質(zhì)，而其他染色質(zhì)相應(yīng)為常染色質(zhì)。53（四）、染色體數(shù)目變化： 在真核生物的體細(xì)胞（即非生殖細(xì)胞）中，染色體組為二倍體diploid（2n），即染色體都是成對(duì)存在，每對(duì)互稱為同源染色體，即追溯來(lái)源其一

30、來(lái)自父方，另一來(lái)自母方。 而在成熟的生殖細(xì)胞中由于經(jīng)過(guò)了減數(shù)分裂，染色體組為單倍體（monoploid）。 如果某物種的染色體數(shù)是在基數(shù)（n）上整倍數(shù)增加，則稱為整倍體，例如三倍體（3n）4倍體（4n）等，凡超過(guò)二倍以上均可稱為多倍體，多倍體中又有同源多倍體和異源多倍體之分，例如前者可是AAAAorBBBB，而后者是AABB，另外還有非整倍體存在，例如單體2n-1，三體2n+1，缺體2n-2。54（五）染色體的半保留復(fù)制 DNA是半保留復(fù)制的，而染色體也同樣半保留復(fù)制的，有一種BudR-Giemsa實(shí)驗(yàn)?zāi)茏C明，BudR是5溴脫氧尿苷，它能替代胸腺嘧啶核苷參與DNA復(fù)制，然后對(duì)染色體用Giems

31、a染色時(shí)，凡DNA雙鏈都含BudR的染色線，而若DNA雙鏈中僅單股含BudR的則染色深，因此依據(jù)染色單體上著色深淺便清楚看出半保留復(fù)制的特征，其原因是因?yàn)槊織lch單體實(shí)質(zhì)都由一條DNA雙鏈經(jīng)過(guò)helix濃縮而成。 55（六）染色體DNA的關(guān)鍵序列： 染色體結(jié)構(gòu)和行為能保證細(xì)胞分裂中遺傳物質(zhì)傳遞的穩(wěn)定性和連續(xù)性，現(xiàn)已知染色體中有三個(gè)必備的結(jié)構(gòu)要素： 自主復(fù)制DNA序列（ARS），是一段富含AT的序列，是DNA復(fù)制的起點(diǎn)，能確保染色體的自我復(fù)制，維持細(xì)胞上下世代的遺傳物質(zhì)完全一致， 著絲粒DNA序列（CEN）是染色體著絲粒中關(guān)鍵序列，能確保染色體遺傳物質(zhì)在細(xì)胞分裂是均等分配到2個(gè)子細(xì)胞中去， 端粒

32、DNA序列（TEL），端粒由TEL序列和端粒蛋白（即端粒酶 telomerase）所構(gòu)成，TEL序列是含（T2G4）n的重復(fù)序列：它的存在能避免核酸酶對(duì)染色體末端DNA序列的切割，而端粒酶則是由RNA 和蛋白質(zhì)組成的逆轉(zhuǎn)錄酶。它能以其內(nèi)含的RNA為模板，合成（T2G4）nDNA序列，去填補(bǔ)染色體端粒序列復(fù)制時(shí)與5端RNA引物切除所留下的缺口。 56Three key regions of a chromosome自主復(fù)制序列(ARS)著絲粒序列(CEN)端粒序列(TEL)復(fù)制泡著絲粒圖12-10 染色體的三種基本序列自主復(fù)制序列(autonomously replicating DNA seq

33、uence, ARS) 著絲粒序列(centromere DNA sequence,CEN) 端粒序列(telomere DNA sequence,TEL) 5712-15 熒光原位雜交顯示的著絲粒衛(wèi)星DNA 58圖12-19 熒光原位雜交顯示的端粒（上）和端粒序列（下） 59 根據(jù)對(duì)染色體上這種關(guān)鍵序列的認(rèn)識(shí)，現(xiàn)成功構(gòu)建了酵母人工染色體YAC，用它作為外源DNA的載體，可clone很大的DNA分子，這是應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)知識(shí)來(lái)解決分子生物學(xué)研究手段的一個(gè)典型例子。 （七）多線染色體和刷形染色體： 對(duì)染色體結(jié)構(gòu)和功能研究中，常遇到一個(gè)難題：染色體結(jié)構(gòu)與表達(dá)功能的時(shí)期不一致的矛盾，即當(dāng)分裂期染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)清晰時(shí)，偏偏無(wú)轉(zhuǎn)錄活性，而到分裂時(shí)期轉(zhuǎn)錄活躍時(shí)，染色體卻又處在解helix的階段，幸好科學(xué)家找到多線染色體和刷線染色體這兩種巨大的染色體，它們的結(jié)構(gòu)與其轉(zhuǎn)錄功能是同時(shí)顯現(xiàn)的，所以為染色體研究提供了大量有意義的資料，至今他們?nèi)圆皇檠芯炕虮磉_(dá)的好材料。60 1、多線染色體： 存在于雙翅目昆蟲(chóng)幼蟲(chóng)的唾腺、氣管、腸和馬氏管細(xì)胞唾腺細(xì)胞中，又稱為唾腺染色體，多線染色體的體積比體細(xì)胞的常染色體大1000倍，在其幼蟲(chóng)生長(zhǎng)時(shí)，其多線染色體的細(xì)胞數(shù)目不增加，僅增大體積、其內(nèi)的多線染色體也隨之變大，多線染色體的生理特征為：是長(zhǎng)期處于永久性編碼狀態(tài)；同源染色體配對(duì)。 所以其染