細胞核與染色體課件

1、11.2.2 染色質的類型染色質常染色質（euchromatin）異染色質（heterochromatin） 常染色質 間期核中，染色質纖維折疊壓縮程度低，相對松散，電鏡下染色淺，密度小的區(qū)域，常是基因進行活躍轉錄或易于轉錄的部位。異染色質： 間期核中，染色質纖維折疊壓縮程度高，處于聚縮狀態(tài)，電鏡下染色深，密度大的區(qū)域，一般是無轉錄活性的部位。異固縮(heteropycnosis) ： 細胞分裂時, 核內染色質要凝縮成染色體結構, 對堿性染料著色很深,一旦脫離分裂期, 染色體去凝集成松散狀態(tài), 此時染色著色力減弱。但是,有些染色體或其片段的凝縮周期與其它的不同,這種現象稱為異固縮。其中在間期或

2、前期過度凝縮,染色很深的稱為正異固縮。在中期凝縮不足,染色很淺,稱為負異固縮。 常染色質 異染色質 組成（結構）異染色質（constitutive heterochromatin）指各種類型細胞中在整個細胞周期內都處于凝聚狀態(tài)的染色質，即永久性的呈現異固縮的染色質。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。由相對簡單的高度重復序列構成。11.2.3 染色質的組裝1 核小體2 染色質的組裝 11.3 染色體（chromosome）染色體的數目因物種而異 。人類子宮內膜細胞的染色體數目變化在2n=17-103，為非整倍性。在植物中染色體最少的是一種菊科植物（Haplopapus grac

3、illis） 僅2對染色體，最多的是瓶爾草屬phioglossum的一些物種，可達400-600對。在動物中染色體最少的是一種介殼蟲的雄蟲（steatococcus tuberculatus）僅有兩條染色體。而最多的是一種灰蝶有217-223對染色體。 11.3.1 染色體的形態(tài)1 著絲粒（centromere)著絲粒是染色體中連接兩個染色單體, 并將染色單體分為兩臂: 短臂(p)和長臂(q)的部位。 中期染色體上一個染色較淺而縊縮的部位，所以亦稱主縊痕（primary constriction）。兩個功能：結合姐妹染色單體 動粒裝配的結合點著絲粒（centromere）和著絲點（kineto

4、chore）著絲粒，染色體主縊痕中比較寬闊的區(qū)域，主要是由富含重復序列的DNA的異染色質所組成。著絲點指主縊痕處兩個染色單體外側表層部位的特殊結構，它與紡錘體微管相接觸。又稱動粒。主要成分是蛋白質。動粒的結構內板 中間間隙 外板 纖維冠3 核仁組織區(qū)（nucleolar organizing region, NOR）形成核仁。是核糖體rRNA基因（rDNA)所在的區(qū)域，能夠合成核糖體的28S、18S和5.8S rRNA。核仁組織區(qū)位于染色體的次縊痕區(qū)，但并非所有的次縊痕都是NOR。次縊痕部分DNA松解形成 NORs。4 隨體（satellite)指位于染色體末端的圓形或圓柱形染色體片段，通過次

5、縊痕區(qū)與染色體主體部分相連。位于染色體末端的隨體稱為端隨體。位于兩個次縊痕中間的稱中間隨體。 是識別染色體的主要特征之一 。5 端粒（telomere）端粒：是染色體兩個端部的特化結構，由富含G的短的串聯重復序列DNA組成，伸展到染色體的3，端。生物學作用： a.維持染色體的穩(wěn)定性 如果用X射線將染色體打斷，不具端粒的染色體末端有粘性，會與其它片段相連或兩端相連而成環(huán)狀。形成雙著絲粒染色體或環(huán)狀染色體。 b.與染色體在核內的空間排布及減數分裂時，同源染色體配對有關。當同源染色體配對時，端?？烧车胶吮荒鹊暮死w層上。端粒起到細胞分裂計時器的作用。在缺乏端粒酶的情況下，則端粒DNA的復制和基因DN

6、A不同，每復制一次減少50-100bp，表明端粒重復序列的長度與細胞分裂次數和細胞的衰老有關。正常體細胞缺乏此酶，故隨細胞分裂而變短，細胞隨之衰老。迄今為止，只在生殖細胞和部分干細胞及腫瘤細胞有端粒酶的活性，保持染色體的長度從而維持細胞不死性。 染色體DNA的三種基本序列 自主復制序列（ARS）是染色體正常起始復制所必需的，又叫復制起點序列。真核生物染色體上有多個ARS序列。上下游各200個bp左右的序列是維持ARS功能所必需的。酵母基因組含200-400個ARS，大多數具有一個11-14bp富含AT的共有序列（consensus sequence, CS）。端粒序列（TEL）不同生物的端粒序

7、列都很相似，富含G。由長5-10bp的重復單位隨機串聯而成。人的重復序列為GGGTTA。功能是保持線性染色體的穩(wěn)定，即不環(huán)化、不粘合、不被降解。11.3.3 特殊染色體多線染色體 (polytene chromosome)燈刷染色體 (lampbrush chromosome)1 多線染色體果蠅幼蟲唾液腺多線染色體間期體細胞同源染色體配對染色體DNA復制10次 1024條DNA纖維配對染色體的異染色質部位結合，形成染色中心，復制次數很少。細胞無核分裂和胞質分裂。存在部位：唾液腺，氣管等（雙翅目昆蟲的幼蟲）；胚珠細胞（胚乳、胚柄等）來源：間期核內有絲分裂多線染色體并非是細胞內的惰性結構, 而是動

8、態(tài)的, 含有許多在發(fā)育的特定階段形成脹泡的區(qū)域, 是DNA轉錄成RNA的結果。多線染色體的帶與脹泡,(a) 帶與間帶;(b)脹泡 2 燈刷染色體命名：由于染色體主軸兩側有側環(huán)，狀如燈刷，故名燈刷染色體。分布：燈刷染色體幾乎普遍存在于動物界的卵母細胞中，其中兩棲類卵母細胞的燈刷染色體最典型。植物中（如垂花蔥），單細胞藻類（地中海傘藻）也有報道。來源：是卵母細胞進行減數第一次分裂時停留在雙線期的染色體，它是一個二價體，包含4 條染色單體，此時同源染色體尚未完全解除聯會，因此可見到幾處交叉。這一狀態(tài)在卵母細胞中可維持數月或數年之久。燈刷染色體的作用大部分DNA以染色粒形式存在，沒有轉錄活性；而側環(huán)是

9、 RNA活躍轉錄的區(qū)域。燈刷染色體形態(tài)與卵子發(fā)生過程中營養(yǎng)物儲備密切相關。對卵子發(fā)生期的核糖體合成有重要作用。11.4 核仁 （nucleolus）核仁見于間期的細胞核內，呈圓球形一般1-2個，也有多達3-5個的。核仁的位置不固定，或位于核中央，或靠近內核膜核仁的數量和大小因細胞種類和功能而異。一般蛋白質合成旺盛和分裂增殖較快的細胞有較大和數目較多的核仁，反之核仁很小或缺失。11.4.1 核仁的超微結構纖維中心(fibrillar centers，FC)： 呈淺染區(qū),位于核仁的中央部位，直徑2-3 nm，由rDNA和RNA聚合酶I等組成。致密纖維組分(dense fibrillar compo

10、nent，DFC)： 呈環(huán)形或半月形包圍FC，由致密的纖維構成，直徑為5-10 nm，含有正在轉錄的RNA分子。 近年研究認為轉錄主要發(fā)生在FC與DFC的交界處。顆粒組分(granular component，GC)： 由直徑15-20nm的顆粒構成， 致密纖維部分的外側直到核仁邊緣。 主要成分為RNA和蛋白質，可能是不同加工階段的RNP。11.4.2 核仁周期（nucleolar cycle）核仁是一種動態(tài)結構，隨細胞周期的變化而變化，即形成-消失-形成, 這種變化稱為核仁周期。有絲分裂時，隨著染色質凝集，核仁變形、變小，而消失；致使中期和后期細胞中沒有核仁；進入末期，核仁分散成前核仁體，然

11、后融合、發(fā)育成核仁。人成纖維細胞核仁的融合11.4.3 核仁的功能核仁的主要功能涉及核糖體的生物發(fā)生(ribosome biogenesis)，包括rRNA的合成、加工和核糖體亞單位的裝配，從核仁纖維組分開始，再向顆粒組分延續(xù)。核仁的另一個功能涉及mRNA的輸出。18 S rRNA28 S rRNA5.8 S rRNA5 S rRNA核糖體小亞基大亞基rDNA定位于NORsrDNA不定位于NORs1 rRNA基因轉錄rRNA基因在染色質軸絲上呈串聯重復排列，沿轉錄方向，新生的rRNA鏈逐漸增長，從左右兩側均可伸出，形成“圣誕樹”樣結構。5.8、18、28S rDNA組成一個轉錄單位，10050

12、00個基因拷貝串聯成重復序列，由專一性的RNA聚合酶進行轉錄。約2000個(人) 5S rDNA(120 bp)拷貝串聯成重復序列，不定位在NORs，由RNA聚合酶進行轉錄。2 rRNA加工rDNA沒有組蛋白核心，是裸露的DNA節(jié)段。兩個相鄰基因之間為一段非轉錄的間隔DNA。纖維部的纖維狀物質是新合成的45S rRNA，它與蛋白質形成RNP復合體。由RNA聚合酶轉錄生成的45S rRNA前體(哺乳類)很快與蛋白質結合，包裝成80S的RNP復合體，再切割成小的5.8、18、28S rRNA-蛋白復合體。5S rRNA的基因并不定位在核仁上，通常定位在常染色體。由RNA聚合酶轉錄生成的5S rRN

13、A適當加工即參與裝配核糖體大亞單位。3 核糖體亞單位的裝配18S rRNA及相關蛋白裝配成小亞單位，速度較快(30 min)。28S、5.8S、5S rRNA及相關蛋白裝配成大亞單位, 速度稍慢(1h)。加工下來的蛋白質和小的RNA存留在核仁中，可能起著催化核糖體構建的作用。核糖體轉移到細胞質以后才成熟，從而阻止有功能的核糖體與核內加工不完全的hnRNA分子接近。 核糖體亞單位的裝配11.5 核基質（nuclear matrix ）核基質(nuclear matrix)，是指在細胞核內，除核被膜、核纖層、染色質與核仁以外的網架結構體系。核骨架纖維粗細不等，直徑為3-30nm，形成三維網絡結構，

14、將染色質和核仁網絡在其中。核骨架-核纖層-中間纖維三者相互聯系形成一個貫穿于核、質間的統(tǒng)一網絡系統(tǒng)。11.5.1核基質的組成核骨架的成分比較復雜，主要成分是核骨架蛋白及核骨架結合蛋白，并含有少量RNA。核骨架蛋白，與DNA的核骨架結合序列(matrin association region, MAR)結合，又稱為MAR結合蛋白。核骨架結合蛋白如轉錄因子、酶、受體、供體等。MARDNA序列中存在核骨架結合序列(MAR)，MAR一般位于DNA放射環(huán)或活性轉錄基因的兩端，在基因表達調控中有作用。核骨架結合序列的基本特征：富含AT富含DNA 解旋元件(DNA unwinding elements)富含反向重復序列(inverted repeats)含有轉錄因子結合位點11.5.2核骨架的功能1 為DNA的復制提供支架。DNA是以復制環(huán)的形式錨定在核骨架上的。DNA的復制起始點也是結合在核骨架上。核骨架上有DNA復制所需要的酶 如：DNA聚合酶、DNA引物酶、DNA拓樸異構酶II等。2 是基因轉錄加工的場所。RNA的轉錄同樣需要DNA錨定在核骨架上才能進行。RNA聚合酶固定于核骨架上，RNA的合成是在核骨架上進行的。新合成的RNA也結合