細(xì)胞核與染色質(zhì)翟中和第四

第11章細(xì)胞核與染色質(zhì)當(dāng)前第1頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)細(xì)胞核概述真核細(xì)胞中，除高等植物成熟的篩管和哺乳類成熟的紅細(xì)胞外，都有細(xì)胞核。在原核細(xì)胞中，DNA集中，但無核膜包圍，故稱擬核（nucleiod）。真核細(xì)胞大多具細(xì)胞核原核細(xì)胞的擬核當(dāng)前第2頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)分布：所有真核細(xì)胞（高等植物韌皮部成熟的篩管和哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞除外）數(shù)量：通常一個(gè)，成熟的篩管和紅細(xì)胞（0）、肝細(xì)胞、心肌細(xì)胞(1-2）、破骨細(xì)胞(6~50）、骨骼肌細(xì)胞(數(shù)百)、植物氈絨層細(xì)胞(2~4)。大?。赫伎傮w積的10%，高等動(dòng)物一般5-10um,高等植物5-20um,低等植物1-4um。形態(tài)：一般呈圓球狀與卵圓形，隨物種和細(xì)胞類型不同有很大變化。組成：核被膜、核纖層、染色質(zhì)、核仁及核體組成。功能：①遺傳②發(fā)育。細(xì)胞核特征當(dāng)前第3頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)肝細(xì)胞和心肌細(xì)胞可有雙核哺乳類成熟紅細(xì)胞無細(xì)胞核植物成熟篩管細(xì)胞無細(xì)胞核aaaaa破骨細(xì)胞可有6-50個(gè)細(xì)胞核當(dāng)前第4頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)本章主要內(nèi)容*核被膜*染色質(zhì)染色質(zhì)的復(fù)制與表達(dá)*染色體*核仁與核體核基質(zhì)當(dāng)前第5頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)第一節(jié)核被膜/~djohnso2/44962/405/nucleus.html當(dāng)前第6頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)三部分構(gòu)成核被膜結(jié)構(gòu)雙層核膜核纖層核孔復(fù)合體一、核膜當(dāng)前第7頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)第一節(jié)核被膜核周間隙核纖層核孔復(fù)合物外核膜內(nèi)核膜異染色質(zhì)(雙層膜)(異染色質(zhì))電鏡圖當(dāng)前第8頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)核被膜由內(nèi)外兩層平行但不連續(xù)的單位膜構(gòu)成。外核膜胞質(zhì)面附有核糖體，與糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相聯(lián)。核周隙與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔相通，外核膜是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的一部分。核被膜內(nèi)層光滑，內(nèi)表面緊貼一層致密的核纖層；可支持核膜，并與染色質(zhì)及核骨架相連。

核周間隙寬20-40nm，腔內(nèi)電子密度低，一般不含固定的結(jié)構(gòu)，與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔相通。雙層核膜在某些部位相互融合，形成環(huán)狀開口，稱為核孔。在核孔上鑲嵌著一種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)叫做核孔復(fù)合體。（一）核膜結(jié)構(gòu)當(dāng)前第9頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)（二）核膜的崩解與組裝當(dāng)前第10頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)間期存在，分裂期解體核膜的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)：在真核細(xì)胞中，核膜伴隨著細(xì)胞周期進(jìn)行有規(guī)律的解體與重建。分裂期：雙層核膜崩解成單層泡膜，核孔復(fù)合體解體，核纖層去裝配；分裂末期：核被膜開始圍繞染色體重新形成。當(dāng)前第11頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)二、核孔復(fù)合體當(dāng)前第12頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)核孔復(fù)合體(Nuclearporecomplex,NPC)一般哺乳動(dòng)物細(xì)胞平均有3000個(gè)核孔。細(xì)胞核活動(dòng)旺盛的細(xì)胞中核孔數(shù)目較多，反之較少。核被膜上由內(nèi)外兩層膜局部融合形成的許多核孔，核孔是由一組蛋白質(zhì)（至少50種不同的蛋白質(zhì)）以一定方式排布形成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，可溝通核質(zhì)和胞質(zhì)。當(dāng)前第13頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)在電鏡下觀察，核孔是呈圓形或八角形，現(xiàn)在一般認(rèn)為其結(jié)構(gòu)如fish-trap（魚籠）。（一）結(jié)構(gòu)模型——“fish-trap”(魚籠)胞質(zhì)面核質(zhì)面當(dāng)前第14頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)（一）結(jié)構(gòu)模型——“fish-trap”(魚籠)胞質(zhì)環(huán)（cytoplasmicring）核質(zhì)環(huán)（nuclearring）輻（spoke）：柱狀亞單位；腔內(nèi)亞單位；環(huán)帶亞單位中央栓（centralplug），中央顆粒（centralgranule）當(dāng)前第15頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)（二）組成成分NatureReviewsMolecularCellBiology11,490-501(July2010)|doi:10.1038/nrm2928核孔蛋白（nucleoporin，Nup）當(dāng)前第16頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)核孔蛋白（nucleoporin，Nup）Gp210：結(jié)構(gòu)性跨膜蛋白介導(dǎo)NPC與核被膜連接在內(nèi)、外核膜融合形成核孔中起重要作用在核質(zhì)交換中起作用p62：功能性Nup疏水性N端區(qū)：具有FXFG重復(fù)序列C端區(qū)：具有疏水性的7肽重復(fù)序列當(dāng)前第17頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)從功能上講，可看作一種特殊的跨膜運(yùn)輸?shù)鞍讖?fù)合體（一個(gè)雙功能、雙向性的親水性核質(zhì)交換通道）

雙功能——有兩種運(yùn)輸方式：被動(dòng)擴(kuò)散與主動(dòng)運(yùn)輸。

雙向性——既介導(dǎo)蛋白質(zhì)的入核轉(zhuǎn)運(yùn)，又介導(dǎo)RNA、核糖核蛋白顆粒（RNP）的出核轉(zhuǎn)運(yùn)。（圖P232：通過核孔復(fù)合體物質(zhì)運(yùn)輸?shù)墓δ苁疽鈭D）（三）功能當(dāng)前第18頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)主動(dòng)運(yùn)輸通過轉(zhuǎn)運(yùn)受體把大分子運(yùn)入和運(yùn)出核孔從胞質(zhì)運(yùn)入核的轉(zhuǎn)運(yùn)受體為importins,從核運(yùn)入胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)受體為

exportins。被動(dòng)運(yùn)輸

簡單擴(kuò)散運(yùn)輸離子、小分子及直徑在10nm以下的物質(zhì)。當(dāng)前第19頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)1．通過核孔復(fù)合體的被動(dòng)擴(kuò)散<10nm直徑9-10nm當(dāng)前第20頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)NPC作為被動(dòng)擴(kuò)散的親水通道，其有效直徑為9～10nm，有的可達(dá)12.5nm，即離子、小分子以及直徑在10nm以下的物質(zhì)原則上可以自由通過。擴(kuò)散速度與分子大小成反比。1．通過核孔復(fù)合體的被動(dòng)擴(kuò)散這種有效直徑相當(dāng)于允許相對(duì)分子質(zhì)量在40×103～60×103以下的蛋白質(zhì)分子自由穿過核孔。實(shí)際上并不是所有符合此條件的蛋白質(zhì)都可隨意出入細(xì)胞核。有許多小分子量的蛋白質(zhì)，如組蛋白H1，是通過主動(dòng)運(yùn)輸進(jìn)入細(xì)胞核的。（其相對(duì)分子質(zhì)量雖只有2.1×103，它本身帶有具信號(hào)功能的氨基酸序列）有的小分子量蛋白質(zhì)本身雖然沒有信號(hào)序列，但可以與其它有信號(hào)序列的成份結(jié)合，一起被主動(dòng)運(yùn)輸?shù)胶藘?nèi)。當(dāng)前第21頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)2．核孔復(fù)合體的主動(dòng)運(yùn)輸A對(duì)運(yùn)輸顆粒大小的限制。主動(dòng)運(yùn)輸?shù)墓δ苤睆剑s10～20nm）比被動(dòng)運(yùn)輸大，核孔復(fù)合體的有效直徑的大小是可被調(diào)節(jié)的；B是一個(gè)信號(hào)識(shí)別與載體介導(dǎo)的過程復(fù)合體，需要消耗ATP能量，表現(xiàn)出飽和動(dòng)力學(xué)特征；C有核輸出與核輸入雙向性。當(dāng)前第22頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)1）親核蛋白的入核轉(zhuǎn)運(yùn)（karyophilicprotein）

親核蛋白：指在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)合成后，需要或能夠進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)發(fā)揮功能的一類蛋白質(zhì)。

大多數(shù)的親核蛋白往往在一個(gè)細(xì)胞周期中一次性地被轉(zhuǎn)運(yùn)到核內(nèi)，并一直停留在核內(nèi)行使功能活動(dòng)，典型的如組蛋白、核纖層蛋白等；

有一些親核蛋白需穿梭于核質(zhì)之間進(jìn)行功能活動(dòng)，如importins。當(dāng)前第23頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)核定位序列或核定位信號(hào)（NLS）親核蛋白一般都含有特殊的氨基酸序列，這些內(nèi)含的特殊短肽保證了整個(gè)蛋白質(zhì)能夠通過核孔復(fù)合體被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核內(nèi)。這段具有“定向”、“定位”作用的序列被命名為核定位序列或核定位信號(hào)。受體為importin。NLS序列可存在于親核蛋白的不同部位，并且在指導(dǎo)親核蛋白完成核輸入后并不被切除。當(dāng)前第24頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)Nuclearlocalizationsignals當(dāng)前第25頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)Normalpyruvatekinase:incytosolChimericpyruvatekinasecontainingSV40NLS:innucleusNuclearlocalizationsignals當(dāng)前第26頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)親核蛋白的入核轉(zhuǎn)運(yùn)過程

親核蛋白除了本身具有NLS外，其入核轉(zhuǎn)運(yùn)還需要一些胞質(zhì)蛋白因子的幫助。目前比較確定的因子有：importinα、importinβ：核定位信號(hào)受體。Ran：一類G蛋白，調(diào)節(jié)貨物復(fù)合體的解體或形成。當(dāng)前第27頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)帶有核定位信號(hào)(NSL)片段的蛋白質(zhì)與受體importin/結(jié)合；復(fù)合體與胞質(zhì)內(nèi)的纖絲結(jié)合；復(fù)合體被送入核內(nèi)；4.與Ran-GTP相互作用,復(fù)合體解散；5.importin被Ran-GTP送回胞質(zhì),Ran-GTP水解成Ran-GDP,Ran-GDP返回核內(nèi),importin回到胞質(zhì)。蛋白質(zhì)從細(xì)胞質(zhì)經(jīng)核孔向細(xì)胞核的運(yùn)輸當(dāng)前第28頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)2）RNA及核糖體亞基的出核轉(zhuǎn)運(yùn)

真核細(xì)胞中RNA一般要經(jīng)過轉(zhuǎn)錄后加工、修飾成為成熟的RNA分子后才能被轉(zhuǎn)運(yùn)出核。核輸出信號(hào)（nuclearexportsignal,NES）：引導(dǎo)RNP輸出細(xì)胞核，對(duì)蛋白的出核轉(zhuǎn)運(yùn)起決定作用的氨基酸序列，受體為exportin。

由RNA聚合酶I轉(zhuǎn)錄的rRNA分子。由RNA聚合酶Ⅲ轉(zhuǎn)錄的5srRNA與tRNA由RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄的核內(nèi)異質(zhì)RNA（hnRNA）當(dāng)前第29頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)核纖層(lamina)核骨架為核膜內(nèi)表面由核纖層蛋白構(gòu)成的一層連續(xù)致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。核膜核孔核纖層核膜與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連處染色質(zhì)三、核纖層當(dāng)前第30頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)功能：對(duì)核被膜起支撐作用，為染色體提供支架；調(diào)節(jié)基因表達(dá)；調(diào)節(jié)DNA修復(fù)；與細(xì)胞周期有關(guān)。組成：3種核纖層蛋白：laminA、B、C核纖層蛋白本身形成纖維狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特點(diǎn)：在分裂期，核纖層解體，以蛋白單體形式存在于胞質(zhì)中。三、核纖層當(dāng)前第31頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)第二節(jié)染色質(zhì)染色質(zhì)是間期細(xì)胞核內(nèi)由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA

組成的線性復(fù)合結(jié)構(gòu)當(dāng)前第32頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)一、染色質(zhì)DNA染色質(zhì)和染色體是在細(xì)胞周期不同階段可以互相轉(zhuǎn)變的形態(tài)結(jié)構(gòu)當(dāng)前第33頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)（一）基因組大小比較Figure1-37MolecularBiologyoftheCell,FifthEdition(?GarlandScience2008)當(dāng)前第34頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)（一）基因組大小比較當(dāng)前第35頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)（二）基因組DNA類型當(dāng)前第36頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)A型是另一種右手雙螺旋DNA，與B型的差別在于DNA的大小溝有所不同，A型的更緊密。Z(zig-zag)型是左手螺旋DNA，在結(jié)構(gòu)上與B型很不同。發(fā)生在高鹽濃度下的CGCGCG短鏈中，生物功能不詳。體現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的可塑性。DNA3種構(gòu)型當(dāng)前第37頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)

三種DNA構(gòu)型中,大溝的特征在遺傳信息表達(dá)過程中起關(guān)鍵作用,調(diào)控蛋白都是通過其分子上氨基酸側(cè)鏈與溝中堿基對(duì)兩側(cè)潛在的氫原子供體(=NH)或受體(O和N)形成氫鍵而識(shí)別DNA遺傳信息的。

另外,Z型DNA同細(xì)胞癌變有一定的關(guān)系。DNA3種構(gòu)型當(dāng)前第38頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)二、染色質(zhì)蛋白組蛋白（histone）與DNA結(jié)合沒有序列特異性非組蛋白（nonhistone）與特定DNA序列或組蛋白相結(jié)合NatureReviewsNephrology6,332-341(June2010)當(dāng)前第39頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)（一）組蛋白屬堿性蛋白質(zhì)，富含帶正電荷的Arg和Lys等堿性氨基酸，可以和酸性DNA緊密結(jié)合，一般不要求特殊核苷酸序列核小體組蛋白H2A、H2B、H3和H4沒有種屬及組織特異性，進(jìn)化上十分保守H1組蛋白有一定的種屬和組織特異性當(dāng)前第40頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)（二）非組蛋白序列特異性DNA結(jié)合蛋白特性多樣性識(shí)別DNA具有特異性具有功能多樣性鋅指模式亮氨酸拉鏈模式α螺旋-轉(zhuǎn)角-α螺旋模式當(dāng)前第41頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)凝膠延滯實(shí)驗(yàn)（gelretardationassay）當(dāng)前第42頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)三、核小體當(dāng)前第43頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)（一）核小體的發(fā)現(xiàn)透射電鏡顯示串珠狀11nm的核小體結(jié)構(gòu)Figure4-22MolecularBiologyoftheCell(?GarlandScience2008)串珠結(jié)構(gòu)螺線管30nm當(dāng)前第44頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)（一）核小體的發(fā)現(xiàn)非特異性微球菌核酸酶消化染色質(zhì)當(dāng)前第45頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)（一）核小體的發(fā)現(xiàn)X射線晶體衍射揭示核小體三維結(jié)構(gòu)當(dāng)前第46頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)（一）核小體的發(fā)現(xiàn)SV40微小染色體（minichromosome）分析Virology,2009,384(2):352-359當(dāng)前第47頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)（二）核小體的結(jié)構(gòu)包括200bp左右的DNA超螺旋和一個(gè)組蛋白八聚體以及一個(gè)分子的組蛋白H1組蛋白八聚體構(gòu)成核小體的盤狀核心顆粒，由4個(gè)異二聚體組成，包括兩個(gè)H2A?H2B和兩個(gè)H3?H4當(dāng)前第48頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)（二）核小體的結(jié)構(gòu)146bp的DNA分子超螺旋盤繞組蛋白八聚體1.75圈。組蛋白H1在核心顆粒外結(jié)合額外20bpDNA，鎖住核小體DNA的進(jìn)出端，起穩(wěn)定核小體的作用。兩個(gè)相鄰核小體之間以連接DNA（linkerDNA）相連，典型長度60bp，不同物種變化值為0～80bp不等。當(dāng)前第49頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)（二）核小體的結(jié)構(gòu)組蛋白與DNA之間的相互作用主要是結(jié)構(gòu)性的，基本不依賴于核苷酸的特異序列核小體沿DNA的定位受不同因素的影響Figure4-27MolecularBiologyoftheCell(?GarlandScience2008)當(dāng)前第50頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)四、染色質(zhì)組裝人體細(xì)胞46條染色體含DNA約6×109bp，總長如何計(jì)算？當(dāng)前第51頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)（一）染色質(zhì)組裝的前期過程裸露DNA組裝直徑30nm螺線管H3?H4兩個(gè)異二聚體結(jié)合兩個(gè)H2A?H2B異二聚體加入組蛋白的去乙?；?，H1組蛋白結(jié)合伴隨著核小體的折疊6個(gè)核小體組成一個(gè)螺旋進(jìn)一步的折疊事件當(dāng)前第52頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)（二）染色質(zhì)組裝的多級(jí)螺旋模型NatureStructural&MolecularBiology12,6(2005)核小體－－基本結(jié)構(gòu)單位螺線管－－染色質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)超螺線管－－染色質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)染色單體－－染色質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)當(dāng)前第53頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)根據(jù)多級(jí)螺旋模型從DNA到染色體經(jīng)過四級(jí)包裝：DNA核小體螺線管超螺線管染色單體壓縮7倍壓縮6倍壓縮40倍壓縮5倍（二）染色質(zhì)組裝的多級(jí)螺旋模型當(dāng)前第54頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)五、染色質(zhì)類型常染色質(zhì)（euchromatin）異染色質(zhì)（heterochromatin）結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)或組成型異染色質(zhì)（constitutiveheterochromatin）兼性異染色質(zhì)（facultativeheterochromatin）當(dāng)前第55頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)（一）常染色質(zhì)與異染色質(zhì)常染色質(zhì)是指間期核內(nèi)染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度低，處于伸展?fàn)顟B(tài)，用堿性染料染色時(shí)著色淺的那些染色質(zhì)。異染色質(zhì)是指間期核中，染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度高，處于聚縮狀態(tài)，用堿性染料染色時(shí)著色深的那些染色質(zhì)。結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)或組成型異染色質(zhì)指的是各種類型的細(xì)胞，除復(fù)制期以外，在整個(gè)細(xì)胞周期均處于聚縮狀態(tài)，DNA包裝比在整個(gè)細(xì)胞周期中基本沒有較大變化的異染色質(zhì)。兼性異染色質(zhì)是指在某些細(xì)胞類型或一定的發(fā)育階段，原來的常染色質(zhì)聚縮，并喪失基因轉(zhuǎn)錄活性，變?yōu)楫惾旧|(zhì)。當(dāng)前第56頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)特征：①在中期染色體上多定位于著絲粒區(qū)、端粒、次縊痕及染色體臂的某些節(jié)段；②由相對(duì)簡單、高度重復(fù)的DNA序列構(gòu)成，如衛(wèi)星DNA；③具有顯著的遺傳惰性，不轉(zhuǎn)錄也不編碼蛋白質(zhì)；④在復(fù)制行為上與常染色質(zhì)相比表現(xiàn)為晚復(fù)制早聚縮；⑤占有較大部分核DNA，在功能上參與染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的形成，導(dǎo)致染色質(zhì)區(qū)間性，作為核DNA的轉(zhuǎn)座元件，引起遺傳變異。（一）常染色質(zhì)與異染色質(zhì)當(dāng)前第57頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)兼性異染色質(zhì)中了解最多的是雌性哺乳類動(dòng)物的X染色體。兩個(gè)X染色體中的一個(gè)染色體常表現(xiàn)為異染色質(zhì)，稱巴氏小體（Barrbody）。人的胚胎發(fā)育到16天以后，出現(xiàn)巴氏小體。Barrbody（一）常染色質(zhì)與異染色質(zhì)當(dāng)前第58頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)（二）常染色質(zhì)與異染色質(zhì)間的轉(zhuǎn)變異染色質(zhì)或常染色質(zhì)之間隨著發(fā)育時(shí)期或細(xì)胞周期的變化可能相互轉(zhuǎn)化異染色質(zhì)與常染色質(zhì)之間的轉(zhuǎn)變常常需要組蛋白與DNA修飾當(dāng)前第59頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)（三）活性染色質(zhì)與非活性染色質(zhì)活性染色質(zhì)(activechromatin)具有轉(zhuǎn)錄活性具有疏松的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)非活性染色質(zhì)(inactivechromatin)沒有轉(zhuǎn)錄活性當(dāng)前第60頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)1．活性染色質(zhì)對(duì)DNaseⅠ超敏感當(dāng)前第61頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)2．活性染色質(zhì)的蛋白組成與修飾變化活性染色質(zhì)很少有組蛋白H1與其結(jié)合與非活性染色質(zhì)相比，活性染色質(zhì)上組蛋白乙?；潭雀吲c非活性染色質(zhì)相比，活性染色質(zhì)核小體組蛋白H2B很少被磷酸化核小體組蛋白H2A在活性染色質(zhì)中很少有變異形式存在組蛋白H3變種H3.3只在活躍轉(zhuǎn)錄的染色質(zhì)中出現(xiàn)HMG14和HMG17只存在于活性染色質(zhì)中，與DNA結(jié)合當(dāng)前第62頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)2．活性染色質(zhì)的蛋白組成與修飾變化活性染色質(zhì)標(biāo)志：H3N端第4個(gè)賴氨酸的甲基化，第9和14個(gè)賴氨酸的乙?；约暗?0個(gè)絲氨酸的磷酸化；非活性染色質(zhì)標(biāo)志：H3N端第9個(gè)賴氨酸甲基化而不是乙?；?dāng)前第63頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)核被膜生物學(xué)意義：一方面構(gòu)成核、質(zhì)之間的天然選擇性屏障；另一方面介導(dǎo)核質(zhì)之間的物質(zhì)交換與信息交流。核孔復(fù)合體：1.胞質(zhì)環(huán)；2.核質(zhì)環(huán)；3.輻；4.中央栓。NPC的功能：核質(zhì)交換的雙向、雙功能、選擇性親水性通道。核小體結(jié)構(gòu)要點(diǎn)

染色質(zhì)組裝模型：多級(jí)螺旋模型、骨架-放射環(huán)模型小結(jié)當(dāng)前第64頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)本章主要內(nèi)容*核被膜*染色質(zhì)染色質(zhì)的復(fù)制與表達(dá)*染色體*核仁與核體核基質(zhì)當(dāng)前第65頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)第三節(jié)染色質(zhì)的復(fù)制與表達(dá)當(dāng)前第66頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)四、染色質(zhì)與表觀遺傳P251當(dāng)前第67頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)影響基因表達(dá)的遺傳變異因素基因突變（錯(cuò)義突變）基因缺失/倍增染色體結(jié)構(gòu)及數(shù)目變異問題：基因表達(dá)的變化（或性狀的變化）一定是DNA序列變異的結(jié)果嗎？當(dāng)前第68頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)xx馬騾驢騾騾子更象誰？當(dāng)前第69頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)同卵雙生的雙胞胎雖然具有相同的DNA序列，卻存在表型的差異和疾病易感性的差異?？梢栽诓挥绊慏NA序列的情況下改變基因組的修飾．這種改變不僅可以影響個(gè)體的發(fā)育，而且還可以遺傳下去。當(dāng)前第70頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)（一）表觀遺傳與遺傳遺傳學(xué)變化通過DNA序列突變實(shí)現(xiàn)的，通過生殖細(xì)胞得以遺傳表觀遺傳變化通過組蛋白和DNA不同修飾實(shí)現(xiàn)，只在體細(xì)胞中出現(xiàn)。CellResearch(2006)16:742–749概念：指基因的DNA序列不發(fā)生改變的情況下，基因的表達(dá)水平與功能發(fā)生改變，并產(chǎn)生可遺傳表型的遺傳學(xué)分支學(xué)科。當(dāng)前第71頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)（二）表觀遺傳的工作模型當(dāng)前第72頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)表觀遺傳學(xué)的研究內(nèi)容：基因選擇性轉(zhuǎn)錄表達(dá)的調(diào)控DNA甲基化基因印記組蛋白共價(jià)修飾染色質(zhì)重塑基因轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控基因組中非編碼RNA微小RNA（miRNA）反義RNA內(nèi)含子、核糖開關(guān)等當(dāng)前第73頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)表觀遺傳學(xué)機(jī)制DNA甲基化組蛋白修飾染色質(zhì)重塑RNA調(diào)控其他表觀遺傳機(jī)制遺傳印記X染色體失活當(dāng)前第74頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)（三）表觀遺傳的問題表觀遺傳密碼子是什么？表觀遺傳是如何傳代的？表觀遺傳記憶本質(zhì)是什么？生殖細(xì)胞中有沒有表觀遺傳印記來保持它的全能性？非編碼RNA在表觀遺傳調(diào)控中的作用是什么？表觀遺傳如何控制干細(xì)胞的全能或多能性？……當(dāng)前第75頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)第四節(jié)染色體當(dāng)前第76頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)一、染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)由兩條相同的姐妹染色單體（chromatid）構(gòu)成，彼此以著絲粒（centromere）相連根據(jù)著絲粒在染色體上所處的位置，分為4種類型當(dāng)前第77頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)一、染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)——著絲粒與動(dòng)粒著絲粒指中期染色單體相互聯(lián)系在一起的特殊部位；動(dòng)粒指主縊痕處兩個(gè)染色單體外側(cè)表層部位的特殊結(jié)構(gòu)，它與紡錘絲微管相接觸。著絲粒中央結(jié)構(gòu)域動(dòng)粒結(jié)構(gòu)域配對(duì)結(jié)構(gòu)域外板內(nèi)板中間間隙圍繞外層的纖維冠當(dāng)前第78頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)熒光原位雜交顯示著絲粒衛(wèi)星DNA一、染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)——著絲粒與動(dòng)粒當(dāng)前第79頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)一、染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)次縊痕核仁組織區(qū)隨體端粒當(dāng)前第80頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)次縊痕（secondaryconstriction）除主縊痕外，染色體上第二個(gè)呈淺縊縮的部分稱次縊痕，次縊痕的位置相對(duì)穩(wěn)定，數(shù)目、位置和大小是鑒定染色體個(gè)別性的一個(gè)顯著特征。核仁組織區(qū)（nucleolarorganizingregions,NORs）核糖體RNA基因（5SrRNA基因除外）所在的區(qū)域。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NORs。一、染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)當(dāng)前第81頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)隨體（satellite）指位于染色體末端的球形染色體節(jié)段，通過次縊痕區(qū)與染色體主體部分相連。端粒（telomere）染色體端部的特化部分，作用是維持染色體的完整性和個(gè)體性。端粒由高度重復(fù)的短序列串聯(lián)而成，在進(jìn)化上高度保守，不同生物的端粒序列都很相似，哺乳類的序列為TTAGGG，500-3000次重復(fù)。端粒起細(xì)胞分裂計(jì)時(shí)器作用。一、染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)當(dāng)前第82頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)ChromosomecentromereandtelomereshownbyFluorescenceInsituHybridization一、染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)當(dāng)前第83頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2009"forthediscoveryofhowchromosomesareprotectedbytelomeresandtheenzymetelomerase"當(dāng)前第84頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)三名科學(xué)家，他們解決了生物學(xué)的一個(gè)重大問題：在細(xì)胞分裂時(shí)染色體如何完整地自我復(fù)制以及染色體如何受到保護(hù)以免于退化。這三位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者已經(jīng)向我們展示，解決辦法存在于染色體末端—端粒，以及形成端粒的酶—端粒酶?！皵y帶基因信息的DNA線狀長分子擠壓形成染色體，端粒就像一頂高帽子置于染色體頭上?！盩heNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2009當(dāng)前第85頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)二、染色體的功能元件DNA復(fù)制起點(diǎn)著絲粒端粒當(dāng)前第86頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)自主復(fù)制序列DNA復(fù)制的起點(diǎn)具有一個(gè)11-14bp，富含AT的共有序列著絲粒序列端粒序列具有兩個(gè)彼此相鄰的核心區(qū)，一個(gè)是80-90bp的AT區(qū)，另一個(gè)是11bp的保守區(qū)參與形成著絲粒，使細(xì)胞分裂中染色體能夠準(zhǔn)確地分離大量串聯(lián)的重復(fù)序列組成，如α衛(wèi)星DNA長5-10bp的重復(fù)單位串聯(lián)而成由端粒酶（telomerase）合成后添加到染色體末端功能元件二、染色體的功能元件當(dāng)前第87頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)端粒酶當(dāng)前第88頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)三、染色體帶型核型(karyotype)是指染色體組在有絲分裂中期的表型，包括染色體數(shù)目、大小、形態(tài)特征的總和核型模式圖(idiogram)將一個(gè)染色體組的全部染色體逐個(gè)按其特征繪制下來,再按長短、形態(tài)等特征排列起來的圖象染色體顯帶技術(shù)經(jīng)物理、化學(xué)因素處理后，再用染料對(duì)染色體進(jìn)行分化染色，使其呈現(xiàn)特定的深淺不同帶紋（band）的方法一類是產(chǎn)生的染色帶分布在整過染色體長度上如：G、Q和R帶，一類是局部性顯帶，它只能使少數(shù)特定區(qū)域顯帶，如C、T和N帶當(dāng)前第89頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)核型(Karyotype)：染色體組在有絲分裂中期的表型，包括染色體數(shù)目、大小、形態(tài)特征等。核型是物種特異的。低滲處理：中期細(xì)胞的染色體分散良好秋水仙素的應(yīng)用：富集中期細(xì)胞分裂相植物凝集素：刺激血淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化、分裂三、染色體帶型當(dāng)前第90頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)核型分析：是對(duì)染色體進(jìn)行測量計(jì)算的基礎(chǔ)上，進(jìn)行分組、排隊(duì)、配對(duì)并進(jìn)行形態(tài)分析的過程；主要依據(jù)：染色體形態(tài)和著絲粒位置的差別對(duì)于探討人類遺傳病的機(jī)制，研究物種親緣關(guān)系、進(jìn)化，研究人細(xì)胞癌變機(jī)理等都有重要意義。三、染色體帶型當(dāng)前第91頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)果蠅唾涎細(xì)胞中全套多線染色體四、特殊染色體——多線染色體當(dāng)前第92頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)存在于雙翅目昆蟲的幼蟲組織細(xì)胞內(nèi)體積巨大，染色體比其它體細(xì)胞染色體長100-200倍，體積大1000-2000倍多線性，每條染色體由500-4000條解旋的染色體合并在一起形成體細(xì)胞聯(lián)會(huì)，同源染色體緊密配對(duì)，并合并成一個(gè)染色體橫帶紋，染色后呈現(xiàn)出明暗相間的帶紋膨突和環(huán)，在幼蟲發(fā)育的某個(gè)階段，多線染色體的某些帶區(qū)疏松膨大，形成膨突（puff），或巴氏環(huán)（Balbianiring）。用H3-TdR處理細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)膨突被標(biāo)記，說明膨突是基因活躍轉(zhuǎn)錄的形態(tài)學(xué)標(biāo)志。多線染色體是由于核內(nèi)有絲分裂的結(jié)果，即染色體多次復(fù)制而不分離的結(jié)果四、特殊染色體——多線染色體當(dāng)前第93頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)Lampbrushchromosome(兩棲類卵母細(xì)胞中)光鏡免疫組化四、特殊染色體——燈刷染色體當(dāng)前第94頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)發(fā)現(xiàn)于魚類、兩棲類和爬行類卵母細(xì)胞減數(shù)分裂的雙線期卵母細(xì)胞進(jìn)行減數(shù)分裂第一次分裂時(shí)停留在雙線期的染色體，即由兩條同源染色體組成，在交叉處結(jié)合，每條同源染色體含2條染色單體形態(tài)與卵子發(fā)生過程中營養(yǎng)物儲(chǔ)備密切相關(guān)。燈刷染色體中大部分DNA以染色粒形式存在，沒有轉(zhuǎn)錄活性。側(cè)環(huán)是RNA活躍轉(zhuǎn)錄的區(qū)域，側(cè)環(huán)的粗細(xì)與轉(zhuǎn)錄狀態(tài)有關(guān)。合成的RNA主要為前體mRNA。四、特殊染色體——燈刷染色體當(dāng)前第95頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)第五節(jié)核仁與核體Nucleoli（nucleolus的復(fù)數(shù)）

HeLacell,GFP-ribosomalprotein當(dāng)前第96頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)見于細(xì)胞核內(nèi)的圓球狀結(jié)構(gòu)，大小、形狀、數(shù)目隨物種、細(xì)胞類型和代謝狀態(tài)而變，在蛋白質(zhì)合成旺盛和分裂增殖較快的細(xì)胞中有較大和較多的核仁，反之核仁很小或缺失。真核細(xì)胞間期核中最顯著的結(jié)構(gòu)，核仁在分裂前期消失，分裂末期又重新出現(xiàn)。主要功能是轉(zhuǎn)錄rRNA和組裝核糖體亞單位。第五節(jié)核仁與核體當(dāng)前第97頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)一、核仁的結(jié)構(gòu)纖維中心致密纖維組分顆粒組分當(dāng)前第98頁\共有107頁\編于星期四\21點(diǎn)一、核仁的結(jié)構(gòu)纖維中心(fibrillarcenters，F(xiàn)C)：是被致密纖維包圍的一個(gè)或幾個(gè)低電子密度的圓形結(jié)構(gòu)，主要成分為RNA聚合酶和rDNA，這些rDNA是裸露的分子致密纖維組分(densefibrillarcomponent，DFC)：呈環(huán)形或半月形包圍FC，由致密的纖維構(gòu)成，是新合成的rRNA和特異性結(jié)合蛋白，轉(zhuǎn)錄主要發(fā)生在FC與DFC的交