中國海洋大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)課件間期細(xì)胞核詳解

中國海洋大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)課件間期細(xì)胞核詳解演示文稿目前一頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)優(yōu)選中國海洋大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)課件間期細(xì)胞核目前二頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)四類染色體的分類標(biāo)準(zhǔn)相對長度(relativelength):單條染色體的長度/(單倍常染色體+X染色體)的總長度×100%；臂指數(shù)(armindex):指染色體長臂與短臂的比率（長臂/短臂）；著絲粒指數(shù)(centromereindex):短臂/整個(gè)染色體長度×100%（短臂占整條染色體長度的比率）第一節(jié)細(xì)胞核的形態(tài)結(jié)構(gòu)染色體類型相對長度臂指數(shù)著絲粒指數(shù)染色體的臂數(shù)中央著絲粒染色體對于不同染色體，該數(shù)值不同1.0~1.750.0~37.52亞中央著絲粒染色體1.7~3.037.5~25.02亞端部著絲粒染色體3.0~7.025.0~12.52端部著絲粒染色體7.0~12.5~01目前三頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)(1)著絲粒(centromere)第一節(jié)細(xì)胞核的形態(tài)結(jié)構(gòu)位于染色體主縊痕處目前四頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)著絲粒：

著絲粒DNA序列

特異性著絲粒蛋白目前五頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)染色體的著絲粒、動粒的電鏡圖像與動粒結(jié)構(gòu)模型(a)顯示著絲粒的掃描電鏡照片(自JeromeB.Rattner,1991);(b)動粒的透射電鏡圖像(自J.D.Pickett-HeapsandL.C.Fowke,1970);(c)示動粒的三層式結(jié)構(gòu)(自B.R.Brinkleyetal,1985).動粒為動粒微管的組織中心：組織形成動粒微管，參與姊妹染色單體向細(xì)胞兩極的分離第一節(jié)細(xì)胞核的形態(tài)結(jié)構(gòu)目前六頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)第一節(jié)細(xì)胞核的形態(tài)結(jié)構(gòu)有些昆蟲(如蜜蜂、馬蜂)、某些顯花植物(如非洲羅蘭)和酵母沒有明顯的動粒結(jié)構(gòu)，微管直接和染色質(zhì)相連。(a)非洲紫羅蘭(Saintpaliaionantha)細(xì)胞有絲分裂時(shí)，微管(MT)插入到界限模糊的著絲粒區(qū);(b)中國倉鼠細(xì)胞有絲分裂時(shí)，微管與著絲粒的動粒(K)結(jié)合，動粒在電鏡下呈三層式結(jié)構(gòu)(箭頭所指)。染色體周圍存在著一些膜碎片(M).動物與植物細(xì)胞有絲分裂時(shí)著絲粒的形態(tài)差異目前七頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)染色體的著絲粒-動粒復(fù)合體結(jié)構(gòu)的模式圖解示復(fù)合體的三個(gè)結(jié)構(gòu)域?yàn)閮蓷l染色單體相互連接的區(qū)域，目前在此域中發(fā)現(xiàn)了內(nèi)著絲粒蛋白INCENP和染色單體連接蛋白CLIPs，對染色體的配對連接和分離有重要作用Plata(1990)將哺乳動物細(xì)胞中染色體的主縊痕區(qū)域稱為著絲粒-動粒復(fù)合體，并提出了著絲粒-動粒復(fù)合體的結(jié)構(gòu)模型，將其分為動粒域(kinetochoredomain)、中心域(centraldomain)和配對域(pairingdomain)三個(gè)結(jié)構(gòu)域。動粒纖維冠(主要是馬達(dá)蛋白)動粒域與動粒微管連接，是支配染色體運(yùn)動和分離的重要結(jié)構(gòu)含有高度重復(fù)DNA，對著絲?！?jiǎng)恿?fù)合體結(jié)構(gòu)的形成和正常功能的維持有重要作用第一節(jié)細(xì)胞核的形態(tài)結(jié)構(gòu)目前八頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)(2)端粒(telomere)由端粒DNA與端粒蛋白構(gòu)成第一節(jié)細(xì)胞核的形態(tài)結(jié)構(gòu)維持染色體的穩(wěn)定性；保證DNA的完全復(fù)制；參與染色體在核內(nèi)的分布。功能：端粒酶的表達(dá)：端粒長：細(xì)胞分裂和存活端粒短：不能分裂甚至不能存活目前九頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)與核仁的形成有關(guān)(3)核仁組織區(qū)(nucleolus-organizingregion,NOR)第一節(jié)細(xì)胞核的形態(tài)結(jié)構(gòu)位于次縊痕處可活躍合成18S、5.8S和28SrRNA——擁有核仁組織區(qū)的染色體核仁組織染色體：人類有5對同源染色體均為核仁組織染色體目前十頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)3.染色體DNA的關(guān)鍵序列(keysequence)自主復(fù)制DNA序列(autonomouslyreplicatingsequence,ARS)：DNA的自主復(fù)制；著絲粒DNA序列(centromereDNAsequence,CEN)：DNA的平均分配；端粒DNA序列

(telomereDNAsequence,TEL)：DNA復(fù)制的完整性。第一節(jié)細(xì)胞核的形態(tài)結(jié)構(gòu)目前十一頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)目前十二頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)第一節(jié)細(xì)胞核的形態(tài)結(jié)構(gòu)四膜蟲染色體中端粒完整復(fù)制的機(jī)制圖解目前十三頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)酵母人工染色體(yeastartificialchromasome,YAC)：酵母人工染色體(YAC)的結(jié)構(gòu)圖解YAC載體人類DNA利用YAC載體克隆人類DNA的操作圖解第一節(jié)細(xì)胞核的形態(tài)結(jié)構(gòu)目前十四頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)4.特殊染色體(1)多線染色體(polytenechromosome)第一節(jié)細(xì)胞核的形態(tài)結(jié)構(gòu)(2)燈刷染色體(lampbrushchromosome)(3)B染色體(Bchromosome)目前十五頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)(1)多線染色體(polytenechromosome)第一節(jié)細(xì)胞核的形態(tài)結(jié)構(gòu)果蠅唾液腺細(xì)胞中的多線染色體目前十六頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)第一節(jié)細(xì)胞核的形態(tài)結(jié)構(gòu)一段果蠅多線染色體的電鏡照片及多線染色體的形成機(jī)制圖解(a)果蠅多線染色體的光鏡照片，示帶與間帶相間排列；(b)多線染色體電鏡圖象，示一條染色體中的染色質(zhì)纖維；(c)多線染色體形成機(jī)制示意圖，多線染色體產(chǎn)生于核內(nèi)有絲分裂

目前十七頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)多線染色體中的蓬突現(xiàn)象，示巴氏環(huán)(a)多線染色體及其蓬突的電鏡照片；(b)處于不同表達(dá)階段的巴氏環(huán)；(c)巴氏環(huán)形成機(jī)制圖解(a)(c)(b)第一節(jié)細(xì)胞核的形態(tài)結(jié)構(gòu)目前十八頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)(2)燈刷染色體(lampbrushchromosome)燈刷染色體顯微鏡圖像(a)蠑螈(Triturusviridescens)雙線期燈刷染色體的相差顯微鏡圖像，一對同源染色體通過交叉相互連接在一起;(b)兩棲類燈刷染色體的局部熒光顯微鏡圖像，活躍表達(dá)的染色體區(qū)域被染成綠色第一節(jié)細(xì)胞核的形態(tài)結(jié)構(gòu)目前十九頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)蠑螈卵母細(xì)胞中燈刷染色體的結(jié)構(gòu)圖解(a)示一對同源染色體之間的兩個(gè)交叉；(b)放大的側(cè)環(huán)，示染色單體在染色粒處的折疊情況；(c)為(b)圖中部分側(cè)環(huán)的電鏡圖像，示核糖核蛋白細(xì)絲垂直連接到DNA軸上第一節(jié)細(xì)胞核的形態(tài)結(jié)構(gòu)目前二十頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)1925年，Kuwada在玉米細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了一些二倍體之外的額外染色體，它們在形態(tài)、數(shù)目、行為及功能方面都與通常的染色體(稱為A染色體)不同。Randolph(1928)將這些染色體稱為B染色體。也稱額外染色體(extrachr.)、超數(shù)染色體(supernumerarychr.)或附屬染色體(accessorychr.)。B染色體存在于自然界很多種動物和植物中。目前已在1000多種植物及300多種動物中發(fā)現(xiàn)了B染色體。(3)B染色體(Bchromosome)第一節(jié)細(xì)胞核的形態(tài)結(jié)構(gòu)目前二十一頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)1.B染色體通常比A染色體小得多，且大多為端部或亞端部著絲粒，由大量的異染色質(zhì)構(gòu)成。2.它們與同一細(xì)胞中的任何一條A染色體都不同源，且在減教分裂過程中只在B染色體之間發(fā)生配對。3.B染色體的遺傳不規(guī)則，一般不表現(xiàn)孟德爾式的遺傳特征；當(dāng)B染色體數(shù)量較多時(shí)，可表現(xiàn)出數(shù)量遺傳的特性。4.偶爾也會見到B染色體可以形成核仁，但一般來說它們的遺傳都是惰性的，其上不攜帶與主要性狀相關(guān)的基因。5.在同一物種中，B染色體也以多種形態(tài)出現(xiàn)。B染色體的數(shù)目是可變的，在同一物種不同的組織、細(xì)胞、世代或個(gè)體之間，在有絲分裂和減數(shù)分裂中都常會有變化。B染色體區(qū)別于A染色體的顯著特征目前二十二頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)油鏡下的家蠅幼蟲神經(jīng)節(jié)細(xì)胞中期染色體箭頭所指為:一對點(diǎn)狀B染色體，旁邊為A染色體第一節(jié)細(xì)胞核的形態(tài)結(jié)構(gòu)目前二十三頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)第一節(jié)細(xì)胞核的形態(tài)結(jié)構(gòu)在植物對環(huán)境的適應(yīng)上，B染色體表現(xiàn)出積極的作用。在黑麥草屬植物中，植株如果從播種到生長都在高密度的條件下，一部分植株就會被淘汰，而最后存活下來的往往是具有B染色體的植株。B染色體對動植物的遺傳、生長和發(fā)育具有多重效應(yīng)，其起源、作用機(jī)制等問題都有待于進(jìn)一步研究。因此，在某些嚴(yán)峻的選擇壓力下，含有B染色體的植株具有更強(qiáng)的競爭力和適應(yīng)能力。目前二十四頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)三、核仁

(nucleolus)形狀、大小、數(shù)目(生物種類/生理狀態(tài))生理活動旺盛的細(xì)胞：核仁大不太活動的細(xì)胞：核仁小第一節(jié)細(xì)胞核的形態(tài)結(jié)構(gòu)核膜核仁致密纖維成分顆粒成分原纖維中心目前二十五頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)由直徑15-20nm的RNP顆粒構(gòu)成，為正在加工成熟的核糖體亞單位的前體顆粒核仁中rDNA所在的部位由致密的纖維構(gòu)成,含有rRNA以及一些特異性的結(jié)合蛋白人成纖維細(xì)胞中的核仁電鏡圖，示三個(gè)不同的特征性結(jié)構(gòu)區(qū)目前二十六頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)核仁在核糖體的合成與組裝中的功能核仁功能：核仁功能活動的順序：rRNA轉(zhuǎn)錄與加工;

組裝核糖體亞單位.核仁DNA原纖維區(qū)顆粒區(qū)目前二十七頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)核仁除了作為“核糖體工廠”之外，近年來的研究表明核仁還有其它一些重要的調(diào)節(jié)功能，是一種多功能的結(jié)構(gòu)。核仁調(diào)控許多細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)控制蛋白的扣押(sequestration)，如Mdm2(與p53連接)，Cdc14(一個(gè)促進(jìn)細(xì)胞退出有絲分裂的蛋白磷酸酶)和Pch2(為利用監(jiān)控點(diǎn)點(diǎn)控制減數(shù)分裂周期進(jìn)程暫停所必需)。此外的研究還表明，核仁在細(xì)胞增殖及存活方面也發(fā)揮著重要作用。目前二十八頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)在熱、電離輻射、擬輻射藥物喜數(shù)堿等特定脅迫條件下，核仁又具有與核仁蛋白(nucleolin)從核仁到核質(zhì)重新定位的功能(依賴于p53-核仁蛋白復(fù)合體的形成)，結(jié)果引起了核仁蛋白庫的主體向核質(zhì)的遷移，并在核質(zhì)中與復(fù)制蛋白A(replicationproteinA,RPA)相結(jié)合，從而抑制DNA復(fù)制的啟動。此事件以及核仁ARF蛋白(有助于p53穩(wěn)定性)對Mdm2的扣押，表明了核仁在細(xì)胞反應(yīng)脅迫中具有重要作用。ARF,alternativereadingframe目前二十九頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)核仁的發(fā)生：在有絲分裂后期的核仁逐漸形成融合成大的核仁和間期核仁結(jié)構(gòu)模式圖(a)培養(yǎng)中的人成纖維細(xì)胞核分裂后核仁組織染色體的NOR區(qū)逐漸凝縮成一個(gè)個(gè)小的前核仁體(prenucleolarbodies,PNBs)，彼此融合后形成成熟的核仁;(b)示人間期細(xì)胞核仁結(jié)構(gòu)的推想模式圖.第一節(jié)細(xì)胞核的形態(tài)結(jié)構(gòu)分裂后期人類：13,14,15,21,22對染色體小鼠：12,16,18對染色體目前三十頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)四、核質(zhì)及核體

(Nucleoplasm&Nuclearbodies)間期細(xì)胞核中，在染色質(zhì)和核仁周圍的無定形的著色淺的液體。較小的顆粒染色質(zhì)周纖維(perichromatinfiber)染色質(zhì)周顆粒(perichromatingranules)卷曲小體(coiledbody)顆粒狀物質(zhì)細(xì)絲狀物質(zhì)第一節(jié)細(xì)胞核的形態(tài)結(jié)構(gòu)鄰近染色質(zhì)；直徑40~45nm于染色質(zhì)之間;直徑20~25nm化學(xué)組成經(jīng)分析，這些顆粒和纖維狀物質(zhì)都是由RNA復(fù)合以蛋白質(zhì)所組成.但其功能尚不完全清楚。1、核質(zhì)(nucleoplasm):目前三十一頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)核體是存在于核基質(zhì)(骨架)中的一個(gè)異質(zhì)性的核內(nèi)(核質(zhì))結(jié)構(gòu)集合體，主要是通過(超微)形態(tài)及抗原的標(biāo)準(zhǔn)來加以區(qū)分的。2、核體(Nuclearbodies,NBs):核體包括含有球形和纖維狀物質(zhì)的多個(gè)結(jié)構(gòu)域，排列成“卷曲小體”、囊、球或救生圈樣的結(jié)構(gòu)，偶爾也可見一些泡狀或脂樣結(jié)構(gòu)。一般認(rèn)為核基質(zhì)是核體的結(jié)構(gòu)支架。目前三十二頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)如前體mRNA的合成、加工、剪接、包裝、核內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)、向核孔的運(yùn)送以及向胞質(zhì)的運(yùn)輸。mRNA及rRNA的合成與加工過程，還涉及到了一些由不同RNA及多種蛋白質(zhì)組成的大型多元復(fù)合體，他們或至少是部分出現(xiàn)在核體內(nèi)的。核體參與多種不同的生命活動：目前三十三頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)卷曲小體(coiledbody,CBs)最早由RamónyCajal于1903年在銀染的神經(jīng)元中發(fā)現(xiàn)。為常與核仁相連的Φ0.5μm的球形結(jié)構(gòu)，因在TEM下的結(jié)構(gòu)類似于混亂的螺線卷，故而得名。直到最近，才被正式命名為Cajal小體，并發(fā)現(xiàn)其在結(jié)構(gòu)上是由纖維狀及球形結(jié)構(gòu)組成的典型的薄片形卷曲結(jié)構(gòu)(直徑0.1-0.2μm)。目前三十四頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)人結(jié)腸癌上皮細(xì)胞系核仁電鏡圖，示Cajal小體箭頭所示為兩個(gè)核內(nèi)卷曲小體,含有纖維及顆粒物質(zhì).大箭頭所示為核膜。N：細(xì)胞核(標(biāo)尺：0.8μm)(自AmaziaZimber等，2004)目前三十五頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)Cajal小體在多種不同的動植物細(xì)胞中均有發(fā)現(xiàn)，其數(shù)量與細(xì)胞周期進(jìn)程、生理變化及疾病有關(guān)。它們包含RNA剪接所需要的許多因子。電鏡免疫組化結(jié)果表明，Cajal小體含有核質(zhì)性的核小RNP(snRNPs)、少量hnRNPs、m3G-帽snRNA和核仁纖維蛋白(fibrillarin)。此外，一種80kDa的卷曲蛋白(p80-coilin)常被用作Cajal小體的典型標(biāo)記。目前三十六頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)同一個(gè)人細(xì)胞核分別經(jīng)過不同處理其染色質(zhì)與核體的免疫染色圖像(a)示核仁纖維蛋白的定位分布，該蛋白在核仁與Cajal小體中均有分布，箭頭所指為在Cajal小體中分布的核仁纖維蛋白；(b)示染色質(zhì)間顆粒簇(小斑)的定位分布，結(jié)果由參與前體mRNA剪接的一個(gè)蛋白的抗體檢測所得；(c)示大多數(shù)染色質(zhì)；(d)示卷曲蛋白在Cajal小體中的定位分布(箭頭所示)；(e)顯示所有上述4個(gè)不同圖像的放大疊合。目前三十七頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)Cajal小體是一種高度動態(tài)的結(jié)構(gòu)，它們既能夠相互聚集形成大的Cajal小體，又能分解成可快速移動(0.9μm/min)的小Cajal小體。目前，Cajal小體的功能還不甚清楚。但它卻含有特異性核苷水解酶和snRNPs、snRNAs，故可能在轉(zhuǎn)錄后RNA的代謝中具有積極作用。目前三十八頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)因此，人們認(rèn)為Cajal小體極可能與snRNP的貯存和/或前剪接復(fù)合體(pre-splicingcomplexes)的裝配有關(guān)。Cajal小體很可能是作為一個(gè)含有snRNP修飾酶的核內(nèi)空間在起作用，可根據(jù)需要隨時(shí)釋放snRNP至核仁中進(jìn)行進(jìn)一步修飾。一些特定的癌基因編碼蛋白可能也定位于癌細(xì)胞的Cajal小體中，且在Cajal小體中確實(shí)鑒定出了一種名為“pigpen”的新的癌蛋白。目前三十九頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)雙卷曲小體(Geminiofcoiledbodies,GEMs)及染色質(zhì)間顆粒簇(又名小斑,speckle)也是重要的核體。雙卷曲小體和Cajal小體相互間很類似，且在核內(nèi)常配對存在，至今還不清楚它們是否真的屬于不同結(jié)構(gòu)。Cajal小體/雙卷曲小體是snRNP和snoRNP的最終加工修飾部位。相反，染色質(zhì)間顆粒簇被認(rèn)為是完全成熟snRNP的貯存場所，以易于參加前體mRNA的剪接

目前四十頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)亞核結(jié)構(gòu)示意圖

一個(gè)典型的脊椎動物細(xì)胞核含有多個(gè)Cajal小體和20-50個(gè)染色質(zhì)間顆粒簇.完全成熟snRNP的貯存部位snRNP和snoRNP的最終加工修飾部位目前四十一頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)第二節(jié)細(xì)胞核的化學(xué)組成一、染色質(zhì)的化學(xué)組成二、重復(fù)DNA順序高度重復(fù)順序中等重復(fù)順序蛋白質(zhì)染色質(zhì)DNA單一順序組蛋白非組蛋白目前四十二頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)核糖體RNA基因的重復(fù)單元示意圖重復(fù)單元間存在有非轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)H1H3H4H2AH2BH1103核苷酸對五種組蛋白基因首尾相接連而成的基因群單元第二節(jié)細(xì)胞核的化學(xué)組成重復(fù)單元重復(fù)單元目前四十三頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)含有5種組蛋白基因的DNA片斷(一個(gè)重復(fù)單元)變性后的電鏡圖像A-T豐富區(qū)在較低溫度下即發(fā)生變性,DNA鏈解離,未分離的部分為組蛋白的基因編碼區(qū)第二節(jié)細(xì)胞核的化學(xué)組成目前四十四頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)纖維(3~5nm)顆粒狀物質(zhì)(8~10nm)第三節(jié)核骨架細(xì)胞核細(xì)胞分離核酸酶消化高鹽緩沖液(2mol/LNaCl)非離子洗滌劑(TritonX-100或NP40)殘余結(jié)構(gòu)核骨架(nuclearskeleton)目前四十五頁\總數(shù)五十一頁\編于十五點(diǎn)狹義核骨架=核基質(zhì)核內(nèi)的一個(gè)纖維蛋白質(zhì)性質(zhì)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系廣義核基質(zhì)核纖層-核孔復(fù)合體體系殘