細(xì)胞核和染色體

第十章細(xì)胞核與染色體chapter10NucleusandChromosome

第二部分主講人：高志芹當(dāng)前第1頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)MaincontentsSection1nuclearenvelopeandnuclearporecomplexSection2chromatinSection3chromatinstructureandgeneactivationSection4chromosomeSection5nucleolusSection6nuclearmatrix2當(dāng)前第2頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)Section4chromosome(染色體)Q:Whatisthechromosome?3當(dāng)前第3頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)Chromosome(染色體):Atsomepointduringthecelldivisionprocess,thechromatinwillbepackagedtightlyenoughthatweareabletovisualizedistinctchromosomesunderthelightmicroscope分裂期染色質(zhì)凝集而成的棒狀結(jié)構(gòu)。Q:Canyouseechromosomesunderlightmicroscope?4當(dāng)前第4頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)Chromosomenumber,size,andshape

atmetaphasearespeciesspecificSeeP343,Tab10-65當(dāng)前第5頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)Isthereacorrelationbetweenchromosomenumberandcomplexityoftheorganism?ChromosomeNumbers6當(dāng)前第6頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)

Chromosome染色體

Morphologyofthemetaphasechromosome中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)Functionalelements

染色體DNA的三種功能元件Karyotypeandchromosomebanding核型與染色體顯帶Giantchromosome巨大染色體7當(dāng)前第7頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)一、中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)

StructureofmetaphasechromosomeChromosomesaredetectedonlyoccurduringcelldivisionandnotduringallstagesofthecellcycle.Theyareintheirmostcondensedformduringmetaphase(中期)whenthesisterchromatids（姐妹染色單體）areattached.8當(dāng)前第8頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)Metaphasechromosome:ThetworeplicateddaughterDNAsareencasedinchromosomalproteinsformingsisterchromatids,whichareheldtogetherattheircentromere.9當(dāng)前第9頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)根據(jù)著絲粒在染色體上所處的位置，將中期染色體分為四種類(lèi)型：metacentricchromosome（中著絲粒染色體）submetacentricchromosome（近中著絲粒染色體）acrocentricchromosome（近端著絲粒染色體）telocentricchromosome（端著絲粒染色體）10當(dāng)前第10頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)一、中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)

StructureofmetaphasechromosomeCentromere(著絲粒)&Kinetochore（動(dòng)粒）Centromere（著絲粒）:HighlyrepeatedDNA+Kinetochore（動(dòng)粒）11當(dāng)前第11頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)著絲粒3個(gè)結(jié)構(gòu)域Kinetochoredomain：位于著絲粒表面外板（outerplate）內(nèi)板（innerplate）中間區(qū)（interzone）纖維冠(fibrouscorona)Centraldomain:高度重復(fù)的α衛(wèi)星DNAPairingdomain：apointofattachmentbetweentwosisterchromatids中心結(jié)構(gòu)域配對(duì)結(jié)構(gòu)域動(dòng)粒結(jié)構(gòu)域12當(dāng)前第12頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)SatelliteDNA(FISHimage)13當(dāng)前第13頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)ThestructureofahumanCENCentromere&Kinetochore14當(dāng)前第14頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)著絲粒的結(jié)構(gòu)1、動(dòng)粒結(jié)構(gòu)域（kinetochoredomain）位于著絲粒的表面，包括內(nèi)板(innerplate)

中間間隙(middlespace),innerzone

外板(outerplate)

纖維冠(fibrouscorona)2、中央結(jié)構(gòu)域（Centraldomain）位于著絲粒結(jié)構(gòu)域的下方。其中含有高度重復(fù)的衛(wèi)星DNA。3、配對(duì)結(jié)構(gòu)域（Pairingdomain）位于著絲粒結(jié)構(gòu)的內(nèi)層，中期兩條染色單體在此處相互連結(jié)。用ACAs發(fā)現(xiàn)鑒定出來(lái)的著絲粒蛋白CENP主要有6種，即：CENP-A至F。15當(dāng)前第15頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)Centromericproteins

ProteinsassociatedwiththecentromerehavebeenidentifiedusingantibodiesfromsclerodermapatientsCENPproteinsCENP-A centromere-specifichistoneCENP-B bindscentraldomainsatelliteDNACENP-C bindskinetochoreCENP-D bindskinetochoreCENP-E kinesin-likemotor,involvedinchromatidsegregationCENP-FbindskinetochoreINCENPproteinsINCENP-A sisterchromatidassociationINCENP-B sisterchromatidassociation16當(dāng)前第16頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)一、中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)

AtypicalmitoticchromosomeatmetaphaseHumanchromosomeNo.14

2.secondaryconstriction（次縊痕）3.nucleolarorganizingregion,NOR（核仁組織區(qū)）4.Satellite（隨體）5.Telomere（端粒）1.Centromere（著絲粒）Primaryconstriction主縊痕17當(dāng)前第17頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)NOR（Nucleolarorganizerregions）

:NORisachromosomalregionaroundwhichthenucleolusforms.Thisregionistheparticularpartofachromosomethatisassociatedwithanucleolusafterthenucleusdivides.TheregioncontainsseveraltandemcopiesofribosomalRNAgenes.細(xì)胞核特定染色體的次縊痕處，含有rRNA基因的一段染色體區(qū)域，與核仁的形成有關(guān)，故稱(chēng)為核仁組織區(qū)。

18當(dāng)前第18頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)NOR（Nucleolarorganizerregions）

:NotallchromosomesinagenomehaveNORs,butseveralofthemmayhave.Inhumans,theNORcontainsgenesfor5.8S,18S,and28SrRNAclusteredontheshortarmsofchromosomes13,14,15,21and22(theacrocentricchromosomes).19當(dāng)前第19頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)TheNORisresponsiblefortheformationofthenucleolusduringtelophaseandisalsothesiteofribosomalRNAsynthesis.與間期核仁的形成有關(guān)NOR（Nucleolarorganizerregions）

:20當(dāng)前第20頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)Telomeres端粒Telomeresarethephysicalendsoflineareukaryoticchromosomes.Theyconsistoftandemrepeatsofashort(6-8bp)sequencethatishighlyconservedthroughevolution.位于染色體DNA的兩端,為一富含GC的短串聯(lián)重復(fù)序列DNA組成，進(jìn)化上高度保守。21當(dāng)前第21頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)22當(dāng)前第22頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)TelomeresThetelomeresofhumansconsistofasmanyas2000repeatsofthesequence:5'TTAGGG3'.5'...TTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGG..3'3'...AATCCCAATCCCAATCCCAATCCCAATCCCAATCCC..5'

Telomeresarecrucialtothelifeofthecell.Theykeeptheendsofthevariouschromosomesinthecellfromaccidentallybecomingattachedtoeachother.23當(dāng)前第23頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)24當(dāng)前第24頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)二、染色體DNA的3種功能元件

ThreefunctionalelementsinchromosomalDNA

Threefunctionalelementsarerequiredforreplicationandstableinheritanceofchromosomes25當(dāng)前第25頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)構(gòu)成染色體DNA的三種關(guān)鍵序列（keysequence）autonomouslyreplicatingDNAsequence,ARS

（自主復(fù)制DNA序列）centromericDNAsequence,CEN（著絲粒DNA序列）telomericDNAsequence,TEL（端粒DNA序列）26當(dāng)前第26頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)autonomouslyreplicatingDNAsequence,ARS結(jié)構(gòu)：富含AT的共有序列。功能：DNA復(fù)制起點(diǎn)，保證自我復(fù)制，ARSactasanoriginofreplication.27當(dāng)前第27頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)MultipleoriginsofreplicationinEukaryotes28當(dāng)前第28頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)CentromericDNAsequence,CENLEU合成酶基因重組到含CEN和ARS的環(huán)狀質(zhì)粒，轉(zhuǎn)染LEU合成酶合成缺陷細(xì)胞，在無(wú)LEU的培養(yǎng)基中可以生存。核心區(qū)：一個(gè)80-90bp的AT區(qū)，一個(gè)11bp的保守區(qū)。功能：將完成復(fù)制的染色體平均分配到子細(xì)胞中。TransfectedLeu-cellbyPlasmidwithsequenceProgenyoftransfectedcellMitoticsegregationConclusionGrowthwithoutLeu29當(dāng)前第29頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)telomericDNAsequence(端粒序列):FunctionsForthecompletereplicationofchromosome染色體復(fù)制的完整性Protectthechromosomesfromnucleaseinfluence免受核酸酶的影響Preventtheendsofchromosomesfromfusing免染色體端端粘合30當(dāng)前第30頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)Telomeres(端粒):由高度重復(fù)的短序列組成，高度保守。

Thetelomeresofhumansconsistofasmanyas2000repeatsofthesequence:5'TTAGGG3'.5'...TTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGG..3'3'...AATCCCAATCCCAATCCCAATCCCAATCCCAATCCC..5'

作用：維持染色體的穩(wěn)定性。起細(xì)胞分裂計(jì)時(shí)器的作用。31當(dāng)前第31頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)AAAAAAAAAAAAAAAAFISH(HumanProbe):TTAGGGTelomeres(端粒):Telemerase(端粒酶)：

RNA+逆轉(zhuǎn)錄酶A32當(dāng)前第32頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)Telomere,telomeraseandcellularaging,cancercellTelomeraseisfoundingermcells,notinsomaticcells.Thetelomerelengthofadultisshorterthanthatofyounger.Telomereshorteningisthoughttoactivateasuicideprogram.So,telomereshorteningplaysakeyroleinprotectingthebodyfromcancer.90%ofhumantumorscontainanactivetelomerase.端粒核苷酸復(fù)制和基因DNA不同，每復(fù)制一次減少50~100bp，其復(fù)制要靠具有反轉(zhuǎn)錄酶性質(zhì)的端粒酶來(lái)完成，正常體細(xì)胞缺乏此酶，故隨細(xì)胞分裂而變短，細(xì)胞隨之衰老。33當(dāng)前第33頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)三、核型和染色體顯帶

karyotypeandchromosomebandingThecompletesetofchromosomesinthenormaldiploidcellsofanorganismisitskaryotype.通常將一個(gè)物種所具有的染色體數(shù)目和每一條染色體的形態(tài)特征稱(chēng)核型。核型分析：對(duì)染色體進(jìn)行分組、排隊(duì)、配對(duì)并進(jìn)行形態(tài)分析的過(guò)程34當(dāng)前第34頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)HumanKaryotype12345678910111213141516171819202122XX(orXY)35當(dāng)前第35頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)Karyotypeoffemaleandmale:Thekaryotypeofthehumanfemalecontains23pairsofhomologouschromosomes:22pairsofautosomes

1pairofXchromosomesThekaryotypeofthehumanmalecontains:thesame22pairsofautosomesoneXchromosomeandoneYchromosome36當(dāng)前第36頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)染色體顯帶(chromosomebanding)用特殊的染色方法使染色體沿其長(zhǎng)軸顯示出明暗交替或染色深淺不同的橫紋——帶。pq32112346432152131212123541213241p3137當(dāng)前第37頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)Gband:Stainingwiththetrypsin-giemsamethodrevealsaseriesofalternatinglightanddarkbandscalledGbands.Trypsin處理、giemsa染色，將染色體染成明暗相間的帶38當(dāng)前第38頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)G-bandingThedyestainsregionsofchromosomesthatarerichinthebasepairsAdenine(A)andThymine(T)producingadarkbandAT豐富的染色體節(jié)段深染39當(dāng)前第39頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)Q帶：Q顯帶技術(shù)早在1970年為Caspersson及其同事們首先用熒光染料染制染色體標(biāo)本，在熒光顯微鏡下這些染色體呈現(xiàn)暗亮不同的條紋，40當(dāng)前第40頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)Normalcell46chromosomesCancercell80chromosomesChromosomeNumberVariations41當(dāng)前第41頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)DownSyndrome/Trisomy21

Downsyndromewasoriginallydescribedin1866byJohnLangdonDown.42當(dāng)前第42頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)C-Bandingonlystainscentromericregions(著絲粒區(qū))43當(dāng)前第43頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)1881年意大利的Balbiani發(fā)現(xiàn)于雙翅目搖蚊幼蟲(chóng)的唾腺細(xì)胞。細(xì)胞內(nèi)特殊的、體積很大的染色體。包括：多線(xiàn)染色體（polytenechromosome）燈刷染色體（lampbrushchromosome）

四、巨大染色體

giantchromosome

44當(dāng)前第44頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)Endomitosis（核內(nèi)有絲分裂）Chromocenter（染色中心）Bands（帶）andinterbands（間帶）LuxurygenesHouse-keepinggenesPolytenechromosomes

多線(xiàn)染色體15%DNA85%DNA45當(dāng)前第45頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)帶和間帶(Bandsandinterbands):85%DNA15%DNAinterbands46當(dāng)前第46頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)Puffsinplolytenechromosome:GeneactivityPuffs（脹泡）:transcriptionallyactivechromatin47當(dāng)前第47頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)（二）燈刷染色體

Lampbrushchromosomes最早發(fā)現(xiàn)于魚(yú)類(lèi)、兩棲類(lèi)和爬行類(lèi)卵母細(xì)胞減數(shù)分裂的雙線(xiàn)期。由于染色體主軸兩側(cè)有側(cè)環(huán)，狀如燈刷，故名燈刷染色體IngrowingamphibianoocyteStayinmeiosisI48當(dāng)前第48頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)StructureFunctions:TranscriptintoRNA,storage大部分DNA以染色粒形式存在，沒(méi)有轉(zhuǎn)錄活性，而側(cè)環(huán)是RNA活躍轉(zhuǎn)錄的區(qū)域。配對(duì)的燈刷染色體49當(dāng)前第49頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)Section5nucleolus（核仁）---notsurroundedbyamembrane

50當(dāng)前第50頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)Nucleolarultrastructure（核仁超微結(jié)構(gòu)）Functionsofthenucleolus（核仁功能）Nucleoluscycle（核仁周期）Nuclearbodies(核體)Section5TheNucleolus

第五節(jié)核仁51當(dāng)前第51頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)一、Nucleolarultrastructu

核仁的超微結(jié)構(gòu)consistsofthreemorphologicallydistinctregions:fibrillarcenters(FC)--纖維中心densefibrillarcomponent(DFC)--致密纖維成分granularcomponent(GC)--顆粒成分Summaryofnucleolarultrastructure52當(dāng)前第52頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)1.The

fibrillarcenters(FC):Oneormore(一個(gè)或幾個(gè))circularareas(圓形結(jié)構(gòu))pale(低電子密度、淺染)ContainsrDNA、rRNA聚合酶染色體NOR在間期核的副本53當(dāng)前第53頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)2.densefibrillarcomponent(DFC):ElectrondensefilamentsaroundFC(電子密度最高，包繞FC)ContainsnascentrRNAtranscripts54當(dāng)前第54頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)3.granularcomponent(GC):containsribosomalprecursoratvariousstagesofassembly.

不同階段核糖體亞單位前體顆粒可被蛋白酶和RNase消化GC是核仁的主要結(jié)構(gòu)GC組分?jǐn)?shù)量的差異決定核仁的大小55當(dāng)前第55頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)

ultrastructureoftheNucleolusFC:纖維中心DFC:致密纖維成分GC:顆粒成分56當(dāng)前第56頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)Mammaliannucleolitypicallycontainseveralfibrillarcenters(FC),eachencircledbyalayerofdensefibrillarcomponent(DFC),whichinturnissurroundedbythegranularcomponent(GC).57當(dāng)前第57頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)二、Functionsofthenucleolus

--ribosomalbiogenensis

核仁的功能——核糖體的生物發(fā)生Itsmainfunctionistranscription(轉(zhuǎn)錄)

andprocessing(加工)ofribosomalRNA

andassembly(組裝)of

ribosomalsubunits.pre-rRNAsynthesisProcessAssemblyFC.DFCDFC.GCGC58當(dāng)前第58頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)Summary組成功能FCrDNA儲(chǔ)存rRNA基因DFCrRNA儲(chǔ)存、加工rRNA初級(jí)轉(zhuǎn)錄本GCRNP組裝、儲(chǔ)存ribosome亞基59當(dāng)前第59頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)rRNAgenesaretandemly(串聯(lián))arrayedChristmas-Liketreewhentranscribed游離端(5‘端)首先形成RNP顆粒(一)rRNA基因的轉(zhuǎn)錄TranscriptionofribosomalRNA60當(dāng)前第60頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)

RibosomalRNAGenesrRNArRNAgene(rDNA)聚合酶移動(dòng)及RNA鏈生長(zhǎng)的方向61當(dāng)前第61頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)pre-rRNAtranscriptionunits轉(zhuǎn)錄單位ShowingtworRNAgenesseperatedbynontranscribedspacerDNA.兩個(gè)rRNA基因被分隔62當(dāng)前第62頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)

aclusteroftandemlyrepeatedrRNAgenes

primaryRNAtranscript,knownas45SrRNA.串聯(lián)重復(fù)排列增加了啟動(dòng)子的局部濃度RNA聚合酶Ⅰ能連續(xù)運(yùn)作63當(dāng)前第63頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)(二)rRNA前體的加工

45SRNA5.8SrRNA,18SrRNA,and28SrRNA.

ProcessingofribosomalRNA64當(dāng)前第64頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)Assemblyofribosomalsubunits(三)核糖體亞單位的組裝65當(dāng)前第65頁(yè)\共有76頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)剪切45SrRNARibosomeAssembly(組裝)manydifferentproteins

RNP(80