細胞核和染色體

關于細胞核和染色體第1頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五原核細胞的核物質分布在細胞質中相對集中的區(qū)域。真核生物的核物質包裹在核膜中具有相對穩(wěn)定的環(huán)境，對于細胞中各種活動有條不紊地進行是有利的。這是生命的進化。細胞核的作用：貯存、復制、轉錄遺傳物質、和調節(jié)控制細胞各種功能。細胞的活動有周期性，分為分裂間期和分裂期。分裂間期的細胞核又叫做間期核。數目:通常一個，成熟的篩管和哺乳動物紅細胞（0）、肝細胞、心肌細胞(1-2）、破骨細胞(6~50）、骨骼肌細胞(數百）、植物氈絨層細胞(2~4)。細胞核第2頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五第一節(jié)：細胞核結構1.核被膜與核孔復合體2.核仁3.染色質和染色體的分子結構4.其它第3頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五細胞核的形狀：

常見的為球形、卵形①核被膜②核仁③核基質④染色質⑤核液第4頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五細胞核的結構核膜核仁染色質雙層膜核孔：1、折光性較強易辨認2、細胞增殖時，周期性的消失和重建成分：DNA+蛋白質高度螺旋化，縮短變粗解螺旋，變細變長染色體易被堿性溶液染成深色染色質核孔核膜核仁染色質大分子物質進出的通道物質交換細胞核第5頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五1.核被膜是細胞核最外層的兩層膜結構

外核膜：常附有核糖體

內核膜核周腔：兩層核膜之間的空隙，寬15～30nm。

核孔復合物核纖層：核膜內表面，

厚30～160nm

中間纖維

核纖肽

保持核的形態(tài)參與染色質和核的組裝（核纖層被磷酸化，核膜解體）gp210第6頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五核孔復合物(NPC)

直徑為80~120nm中間通道直徑僅9×15nmfish-trap結構

外經120nm呈8面對稱plug-中央運輸蛋白Spoke-8個輻條

ring-核質環(huán)胞質環(huán)

籃

第7頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五核被膜的功能物質運輸通道維持細胞核內環(huán)境染色體和核內酶分子的支架和固著部位第8頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五

幾種核定位信號的結構

第9頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五含有豐富亮氨酸核輸出信號的貨物蛋白的輸出模型

第10頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五核輸入蛋白：

α亞基可與親核蛋白、β亞基可與核孔復合體結合在胞質溶膠中，核輸入蛋白與親核蛋白的核定位信號識別、結合形成轉運蛋白復合體Ran蛋白：是一個小G蛋白在胞質中Ran-GTPRan-GDPRan核苷轉換蛋白Ran-GTP與轉運復合體結合，釋放親核蛋白；在核中Ran-GTPRan-GDPRanGAP第11頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五2.核仁核仁核仁染色質纖維成分顆粒成分核仁基質非膜性結構蛋白質：80%RNA:11%①結構第12頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五纖維中心:是rRNA基因rDNA的存在部位致密纖維成分:5nm細絲，可被RNA酶和蛋白酶消化故纖維成分為RNA顆粒成分:位于核仁的周邊部分，電子密度較高，顆粒15~20nm。為核糖體前體。與蛋白質的復合物，它可在核仁內構成海綿狀網架核仁染色質。核仁周圍染色質：包圍在核仁周圍的染色質，高度螺旋，屬異染色質。

核仁內染色質:伸入核仁內的染色質，處于非螺旋狀態(tài)，屬常染色質，載有rRNA基因（rDNA）此段DNA稱核仁組織區(qū)，它是形成核仁的部位。核仁基質:低電子密度、無定形的蛋白質液體物質。第13頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五②核仁的主要功能轉錄rRNA組裝核糖體的大小亞基第14頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五核仁周期：核仁隨細胞周期的進行而呈現周期性變化（形成和消失）。間期細胞有1~2個或多個核仁。分裂期染色質濃縮、rRNA合成停止，rDNA袢環(huán)逐漸縮回到染色體，核仁縮小繼而消失。細胞分裂期后末期核仁組織者染色體解旋，rDNA伸展成袢樣，在酶的作用下合成rRNA，經積累和包裝rDNA袢環(huán)周圍又組建成新的核仁。核仁（有）核仁（消失）核仁（再現）③

核仁組織者區(qū)和分裂后核仁的重新裝配第15頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五核基質核基質：光鏡下見到的核內膠狀物，為核內的網絡系統(tǒng)——核骨架。核基質還應包括核纖蛋白和核孔復合體?；瘜W成分蛋白質（90%）：少量RNA和DNA主要是非組蛋白的纖維蛋白，相當部分為含硫蛋白，分子量40~60KD.第16頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五3.染色質和染色體的分子結構第17頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五①

染色質DNA真核細胞的DNA是線狀分子特點:基因組龐大；基因序列僅占10%；相同序列反復出現；大部分基因中有內含子；

基因表達調控蛋白多數結合于DNA的大溝部位。染色質（chromatin）指間期細胞核內由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA組成的線性復合結構,是間期細胞遺傳物質存在的形式。染色體(chromosome):

指細胞在有絲分裂或減數分裂過程中，由染色質聚縮而成的棒狀結構。第18頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五

①異染色質(濃縮染色質、非功能性染色質):②常染色質(伸展染色質、功能性染色質):高度螺旋和盤曲、染色深、功能上不很活躍。結構疏松處于伸展狀態(tài)、染色淺、功能上活躍。染色質染色質的種類第19頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五中期染色體的形態(tài)結構根據著絲粒位點不同,分為四種:①中著絲染色體(metacentric)②近中著絲染色體(submetacentric)③近端著染色體(acrocentric)④端著絲染色體(telocentric)第20頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五長度為0.2～50μm,一般為1～10μm。著絲粒

-連接兩個染色單體

動粒（著絲點）-主縊痕處兩個染色單體外側表層部位的特殊結構，它與仿錘絲微管相接觸。主縊痕-DNA含量少,染色很淺或不著色。次縊痕-位置相對穩(wěn)定，數目、位置和大小是鑒定染色體個別性的一個顯著特征。隨體

-位于染色體末端的,是識別染色體的主要特征之一.

端粒-特化部分，末端有粘性，高度保守，哺乳類的序列為GGGTTA②

中期染色體的形態(tài)結構

第21頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五為確保染色體的復制和穩(wěn)定遺傳，染色體具有3個基本元素:①自主復制序列(autonomouslyreplicatingDNAsequence,ARS)②著絲粒序列(centromereDNAsequence,CEN)③端粒序列(telomereDNAsequence,TEL)。染色體DNA的三種功能元件:第22頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五①自主復制序列(ARS)

是DNA復制的起點.大多數具有一個11-14bp;富含AT的共有序列（ARSconsensussequence,ACS）。②著絲粒序列(centromereDNAsequence,CEN)

不同來源的CEN的共同特點是具有兩個彼此相鄰的核心區(qū):一個是80-90bp的AT區(qū)，另一個是11bp的保守區(qū)。CEN由大量串聯的重復序列組成，其功能是參與形成著絲粒，使細胞分裂中染色體能夠準確地分離.不同生物的端粒序列都很相似，由長5-10bp的重復單位串聯而成.人的重復序列為GGGTTA。真核細胞染色體端粒的重復序列不是染色體DNA復制時連續(xù)合成的，而是由端粒酶（telomerase）合成后添加到染色體末端。端粒酶是一種核糖核蛋白復合物，具有逆轉錄酶的性質，以物種專一的內在RNA為模板，把合成DNA的添加到染色體的3‘端。③端粒序列(telomereDNAsequence,TEL)第23頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五端粒起到細胞分裂計時器的作用，端粒核苷酸復制和基因DNA不同.每復制一次減少50-100bp，正常體細胞染色體缺乏端粒酶活性，故隨細胞分裂而變短，細胞隨之衰老。人的生殖細胞和部分干細胞染色體具有端粒酶活性，所以人的生殖細胞染色體末端比體細胞染色體末端長幾千個bp。腫瘤細胞和永生細胞系具有端粒酶的活性。第24頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五第二節(jié)：細胞核化學組成染色質DNA2.DNA結合蛋白質3.RNA4.其它RNA、非組蛋白含量不同DNA、組蛋白含量穩(wěn)定（1:1）第25頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五DNA經四級包裝形成染色體染色質DNA第26頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五2.DNA結合蛋白質①組蛋白-與DNA非特異性結合②非組蛋白-與DNA特異性結合第27頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五①組蛋白帶正電荷，含Arg，Lys，屬堿性蛋白，共5種:核心組蛋白（corehistone）：H2A、H2B、H3、H4（將DNA分子盤繞成核小體);連接組蛋白（linkerhistone）：H1（染色質極性

）。核小體（nucleosome）:一種串珠狀結構，由核心顆粒和連結線DNA兩部分組成。核小體單位包括約200bp的DNA、一個組蛋白核心和一個H1。功能：參與染色體的構建；維持染色體結構；調節(jié)DNA的復制和轉錄。第28頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五由H2A、H2B、H3、H4各兩分子形成八聚體，構成核心顆粒；DNA分子以左手螺旋纏繞在核心顆粒表面，每圈80bp，共1.75圈，約146bp，兩端被H1鎖合；相鄰核心顆粒之間為一段60bp的連接線DNA。核小體結構特點第29頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五從DNA到染色體第30頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五從DNA到染色體第31頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五②非組蛋白序列特異性DNA結合蛋白。特性:帶負電，屬酸性蛋白,富含天門冬氨酸、谷氨酸等酸性氨基酸。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，結合與氫鍵和離子鍵。功能:幫助DNA折疊、復制；調節(jié)基因表達。第32頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五非組蛋白與DNA結合方式:α

螺旋-轉角-α

螺旋結構(H-T-Hmotif)α

螺旋-環(huán)-α

螺旋結構(H-L-Hmotif)亮氨酸拉鏈結構(Lucinezippermotif)鋅指結構(Zincfingermotif)非組蛋白常常是通過磷酸化與DNA結合調節(jié)基因表達第33頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五LucinezippermotifH-L-HmotifZincfingermotif(Cys-cys-his-his)第34頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五tRNA、rRNA、mRNA、snRNA（核內小RNA);含量不到DNA量的10%。3.RNA第35頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五核蛋白:核內核酸（DNA和RNA）與蛋白質結合形成的超大分子復合物。少量的水、無機鹽、脂類（磷脂+蛋白質脂蛋白）。4.其它第36頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五第三節(jié)：細胞核功能1.遺傳物質儲存和復制的主要場所2.細胞遺傳特性和代謝活動的控制中心第37頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五染色質包裝的多級螺旋模型

一級結構：核小體10nm

二級結構：螺線管30nm三級結構：超螺線管700nm四級結構：染色單體壓縮5倍DNA核小體螺線管超螺線管壓縮7倍壓縮6倍壓縮40倍染色單體第38頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五一級結構：核小體是染色質的基本組成單位，為染色質的一級結構，10nm。

將DNA分子長度壓縮10倍。染色質的包裝第39頁，共45頁，2022年，5月20日，19點7分，星期五球狀組蛋白核心H4DNA雙螺旋(140-160bp、1.75圈）H3H4H3H2AH2AH2BH2BH4H3H3H4H2AH2AH2BH2B10nm連接DNA（50-60bp）

H1

H1核小體核心部連接部DNA分子:140-160bp、1.75圈組蛋白:H1DNA分子:50—60bp八聚體核小體組蛋白:2（H2A、H2B、H3、H4）第40頁，共45