細胞核翟中和細胞生物學(xué)全套市公開課金獎市賽課一等獎?wù)n件

1、高分辨率“受激發(fā)射顯微鏡”（Super-resolution microscopy）Imaging chromophores with undetectable fluorescence by stimulated emission microscopy要在衍射極限之外成像（比如說為了觀察細胞中微小結(jié)構(gòu)），研究人員迄今為止必需依賴于用熒光發(fā)色團對成像目標進行標識，或依賴于不利用熒光、但靈敏度也要差得多其它顯微鏡技術(shù)?，F(xiàn)在，來自哈佛大學(xué)化學(xué)與化學(xué)生物學(xué)系一個小組開發(fā)出了另外一個技術(shù)，被稱為“受激發(fā)射顯微鏡”，它結(jié)合了以前用在其它多光子顯微鏡中試驗技術(shù)。該方法靈敏度在包含無標識微管成像和用一個“c

2、hromogenic reporter”來監(jiān)測lacZ基因表示應(yīng)用中得到展示。該方法靈敏度比吸收方法高幾個數(shù)量級，不受樣品中其它發(fā)色團干擾，而且適合用于三維切片觀察。主要是，全部分子都是“受激發(fā)射顯微鏡”潛在觀察目標，所以它可用來對不發(fā)熒光物質(zhì)進行成像觀察，如血紅蛋白，這些物質(zhì)以前用超高分辨率顯微鏡無法觀察。（Letter p. 1105; News & Views）第1頁第十二章 細胞核THE CELL NUCLEUS第2頁1781年 Trontana發(fā)覺于魚類細胞；1831年，Brown發(fā)覺于植物。大?。褐参?4m，動物10m。正常細胞核質(zhì)比NP0.5，分裂期細胞NP0.5，衰老細胞NP1

3、05）。3種構(gòu)像：B-DNA、Z-DNA、A-DNA。3種基本元素：自主復(fù)制序列(ARS)；著絲粒序列(CEN) ；端粒序列(TEL)。YAC 與BAC：含上述3種成份，用于轉(zhuǎn)基因。第23頁THREE DNA CONFORMATIONS第24頁主 要 特 征螺 旋 類 型ABZ螺旋直徑螺旋方向螺旋值bpbp每圈螺旋垂直升距bp螺旋軸位置大溝小溝23 A右手+34.7o 11.02.56A位于大溝，不穿過堿基對窄而深寬而淺19 A右手+34.6o10.43.38A穿過堿基對寬而深窄而淺12 A左手-30 o12.05.71A位于小溝，不穿過堿基對平坦窄而深第25頁THREE KEY REGION

4、S OF A CHROMOSOME第26頁（二）組蛋白帶正電荷，含Arg，Lys，屬堿性蛋白，共5種，分為：關(guān)鍵組蛋白（core histone）：H2A、H2B、H3、H4；連接組蛋白（linker histone）：H1。第27頁結(jié)構(gòu)：高度保守，尤其是H4。關(guān)鍵組蛋白由球形部和尾部組成，球形部借Arg與磷酸二脂骨架間靜電作用使DNA分子纏繞在組蛋白關(guān)鍵上，形成核小體，尾部含有大量Arg和Lys，為轉(zhuǎn)譯后修飾部位。H1多樣性，含有屬和組織特異性。第28頁（三）非組蛋白序列特異性DNA結(jié)合蛋白。特征：帶負電，屬酸性蛋白。整個細胞周期都合成，組蛋白只在S期合成。能識別特異DNA序列，結(jié)合籍氫鍵和

5、離子鍵。功效：幫助DNA折疊、復(fù)制；調(diào)整基因表示。第29頁二、從DNA到染色體核小體（nucleosome）：一個串珠狀結(jié)構(gòu)，由關(guān)鍵顆粒和連結(jié)線DNA兩部分組成，經(jīng)過酶消化試驗建立。核小體單位包含約200bpDNA、一個組蛋白關(guān)鍵和一個H1。第30頁由H2A、H2B、H3、H4各兩分子形成八聚體，組成關(guān)鍵顆粒；DNA分子以左手螺旋纏繞在關(guān)鍵顆粒表面，每圈80bp，共1.75圈，約146bp，兩端被H1鎖合；相鄰關(guān)鍵顆粒之間為一段60bp連接線DNA。 第31頁在低鹽親水介質(zhì)中展開染色質(zhì)，示串珠狀核小體（JA，Gall 1981）第32頁經(jīng)過核小體長度壓縮7倍，形成11nm纖維。電鏡下觀察用溫和

6、方法分離染色質(zhì)是直徑30nm纖維，有兩種解釋：由核小體螺旋化形成，每6個核小體繞一圈，長度壓縮6倍；由核小體纖維Z字形折疊而成，長度壓縮40倍。第33頁第34頁solenoid第35頁對更高級染色體包裝方式，至今尚不明確。當(dāng)前多認為30nm纖維折疊為一系列環(huán)（loop）結(jié)合在核骨架上（或稱染色體骨架），結(jié)合點是富含AT區(qū)域 。第36頁Chromatin Packing第37頁Chromatin Packing第38頁Nucleoid spread with 2 long axes made up of bundles of fibres第39頁Radial loops of chromatin

7、 in undisrupted chromosomes第40頁human chromosome 2第41頁三、異染色質(zhì)和常染色質(zhì)常染色質(zhì)是含有轉(zhuǎn)錄活性染色質(zhì)，結(jié)構(gòu)疏松，電子密度低。異染色質(zhì)特點：凝縮狀態(tài)，無轉(zhuǎn)錄活性、是遺傳惰性區(qū)。在細胞周期中表現(xiàn)為晚復(fù)制、早凝縮。分為兩類：結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)、兼性異染色質(zhì)第42頁雌性哺乳動物細胞中一條異固縮化X染色體。人胚胎發(fā)育16天后出現(xiàn)巴氏小體。barr body巴氏小體第43頁四、染色體一、染色體相關(guān)術(shù)語第44頁核仁組織區(qū)（NORs）組成核仁，位于染色體次縊痕區(qū)，但并非全部次縊痕都是NORs。第45頁How a nucleolus is organized第4

8、6頁端粒（telomere）：由高度重復(fù)短序列組成。作用：維持染色體穩(wěn)定性。起細胞分裂計時器作用。DNA每復(fù)制一次端粒降低50100bp。第47頁（二）染色體數(shù)目性細胞染色體為單倍體，用n表示；體細胞為2倍體，以2n表示，還有一些物種染色體成倍增加成為4n、6n、8n等，稱為多倍體。染色體數(shù)目因物種而異。第48頁（三） 著絲粒結(jié)構(gòu)著絲粒（centromere）和著絲點（kinetochore）是兩個不一樣概念。著絲粒包含3個結(jié)構(gòu)域：1. 著絲點結(jié)構(gòu)域（kinetochore domain）位于著絲粒表面，包含三層板狀結(jié)構(gòu)和圍繞外層纖維冠(fibrous corona)。第49頁2 . 中央結(jié)構(gòu)

9、域位于著絲粒結(jié)構(gòu)域下方，含衛(wèi)星DNA。3 . 配對結(jié)構(gòu)域位于著絲粒內(nèi)層，中期連結(jié)染色單體。4 . 著絲點蛋白用ACAs發(fā)覺著絲粒蛋白主要有6種（CENP A-F）第50頁OPinterzone IP第51頁Satellite DNA (FISH image)第52頁Proteins associated with the centromere have been identified using antibodies from scleroderma patients CENP proteins CENP-A centromere-specific histone CENP-B binds c

10、entral domain satellite DNA CENP-C binds kinetochore CENP-D binds kinetochore CENP-E kinesin-like motor, involved in chromatid segregationCENP-F binds kinetochoreINCENP proteins INCENP-Asister chromatid associationINCENP-Bsister chromatid associationCentromeric proteins 第53頁（四）核型與帶型1. 核型：物種中期染色體特征總和

11、（染色體數(shù)目、大小、形態(tài)）。2. 帶型：染色體經(jīng)理化原因處理后染色，展現(xiàn)穩(wěn)定帶紋（band）。分帶技術(shù)分兩類：一類是產(chǎn)生染色帶分布在整過染色體長度上如：Q、G和R帶，另一類是局部性顯帶，如C、Cd、T和N帶。第54頁第55頁第56頁第57頁第58頁（五）幾類特殊染色體1. 多線染色體：Balbiani(1881)發(fā)覺于搖蚊幼蟲唾腺細胞，特點：體積巨大，是因為核內(nèi)有絲分裂結(jié)果；多線性；體細胞聯(lián)會；橫帶紋；膨突和環(huán)。在幼蟲發(fā)育某個階段，多線染色體一些帶區(qū)疏松膨大，形成膨突（puff），或巴氏環(huán)（Balbiani ring）。用H3-UdR處理細胞，發(fā)覺膨突被標識，說明膨突是基因活躍轉(zhuǎn)錄區(qū)域。 第5

12、9頁Polytene chromosomes第60頁2. 燈刷染色體見于魚類、兩棲類、爬行類雙線期卵母細胞，雙線期是卵黃合成旺盛期。染色體主軸兩側(cè)有側(cè)環(huán)，狀如燈刷，故名。側(cè)環(huán)是轉(zhuǎn)錄活躍區(qū)域。3 . B染色體Randolph （1928 ）把生物正常染色體叫做A染色體，把形態(tài)和行為不一樣為A染色體超數(shù)染色體稱B染色體。 第61頁（六） 間期染色體非隨機分布，不一樣染色體含有各自分布域，稱為染色體域（chromosome territory）?；蛎芏雀呷旧w（如19號）分布于核中心，基因密度低（如18號）分布于核周圍區(qū)域。同一染色體上，活動染色質(zhì)可能位于細胞核中心、遠著絲點區(qū)域、或形成疏松環(huán)狀結(jié)

13、構(gòu)。第62頁(a) 12號染色體紅色; 14號黃色; 15號綠色，（注意同源染色體分布）；(b,c) 12 號染色體綠色, 14號紅色 ，15號藍色；(d)染色體域模式圖小鼠淋巴細胞染色體空間分布（LA. Parada 和T Misteli ）第63頁第三節(jié) 核仁間期細胞核內(nèi)呈圓球形結(jié)構(gòu)，普通12個。功效是轉(zhuǎn)錄rRNA和組裝核糖體亞單位。蛋白合成旺盛和分裂增殖較快細胞有較大和較多核仁，反之核仁很小或缺如。核仁在分裂前期消失，末期又重新出現(xiàn)。第64頁一、核仁形態(tài)纖維中心：是致密纖維包圍低電子密度圓形結(jié)構(gòu)，主要成份為RNA聚合酶和rDNA。致密纖維組分：呈環(huán)形或半月形包圍FC，由致密纖維組成，是新

14、合成RNP。顆粒組分：由直徑15-20 nm顆粒組成，是不一樣加工階段RNP。 第65頁Nucleolus第66頁（一）結(jié)構(gòu)含40%蛋白、60%RNA，2亞單位組成。分為70S和80S兩類。大小亞單位只在合成蛋白時結(jié)合在一起，合成終止后解離。多個核糖體結(jié)合在一條mRNA上，稱多聚核糖體。二、核糖體ribosome第67頁核糖體組成第68頁Protein Synthesis第69頁（二）核糖體組裝rDNA為重復(fù)基因，人體細胞中約有200個拷貝，rDNA沒有組蛋白關(guān)鍵，是裸露DNA節(jié)段，相鄰基因之間為非轉(zhuǎn)錄間隔DNA。第70頁轉(zhuǎn)錄時RNA聚合酶沿DNA分子排列，產(chǎn)物排列呈羽毛狀。rRNA首先出現(xiàn)在纖維部，而后轉(zhuǎn)向顆粒部。第71頁新合成45SrRNA形成RNP。甲基化后經(jīng)RNA酶裂解形成18s、28s、5.8srRNA。成熟rRNA僅為45srRNA二分之一，丟失大部分是非甲基化和GC含量較高區(qū)域。第72頁5SrRNA定位在常染色體，合成后被轉(zhuǎn)運至核仁區(qū)參加大亞基裝配 。第73頁第四節(jié) 核骨架nucleoskeleton核基質(zhì)（nuclear matrix ）或稱核骨架，為真核細胞核內(nèi)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是指除核被膜、染色質(zhì)、核纖層及核仁以外核內(nèi)網(wǎng)架體系。第74頁（一）核基質(zhì)組成非組蛋白性纖維蛋白，10各種次要蛋白，包含肌動蛋白和波形蛋白