細胞生物學翟中和編-第十章-細胞核與染色體-課件

1精選文本

真核細胞內(nèi)最大、最重要的細胞器細胞核

核質比=細胞核（體積）/細胞質（體積）多數(shù)細胞的核質比約為10%細胞核改變是病理狀況下細胞壞死的主要標志，與正常細胞相比，腫瘤細胞核質比增高，大小形態(tài)參差不齊，呈現(xiàn)異型性，表現(xiàn)為核外形不規(guī)則。2精選文本

真核細胞內(nèi)最大、最重要的細胞器細胞核

細胞遺傳與代謝的調控中心真核細胞區(qū)別于原核細胞最顯著的標志之一3精選文本細胞核結構的電鏡照片4精選文本細胞核結構模式圖5精選文本細胞核-----核被膜

核被膜又稱核膜，是包圍核質，不對稱的雙層膜，是整個內(nèi)膜系統(tǒng)的一部分。包被在核外的雙層膜結構，形成核內(nèi)特殊的微環(huán)境，保護DNA分子免受損傷，使

DNA的復制和RNA的翻譯表達在時空上分隔開來，染色體定位于核膜上，有利于解旋、復制、凝縮、平均分配到子核，核被膜還是核質物質交換的通道。6精選文本核被膜7精選文本核被膜結構外核膜核周隙內(nèi)核膜8精選文本核被膜-外核膜外核膜：上有核糖體,與糙面內(nèi)質網(wǎng)相連。外核膜被認為是粗面內(nèi)質網(wǎng)的特化區(qū)域，有利于核被膜與內(nèi)質網(wǎng)間的物質交流及核被膜的更新。外核膜的外表面存在網(wǎng)狀分布的中間纖維，與細胞核在細胞質的定位有關。9精選文本核被膜-內(nèi)核膜外核膜核膜間隙：20-40nm，與糙面內(nèi)質網(wǎng)腔相通，腔內(nèi)電子密度低，一般不含固定的結構。內(nèi)含多種蛋白質酶及其它液態(tài)的不定形物質。核周隙與內(nèi)質網(wǎng)相通，是細胞核和細胞質之間物質交流的重要通道。10精選文本核被膜-內(nèi)核膜外核膜核膜間隙內(nèi)核膜：朝向核質，表面光滑，無核糖體附著。內(nèi)核膜上含有核纖層蛋白B受體，為核纖層蛋白B提供結合位點，從而將核被膜固定在核纖層上。11精選文本核被膜12精選文本核孔復合體13精選文本抽提后的核孔復合體胞質面結構抽提后的核孔復合體核質面結構14精選文本核被膜-核孔復合體結構模型

15精選文本

在電鏡下觀察，核孔是呈圓形或八角形，結構似fish-trap，主要包括以下幾個部分：①胞質環(huán)：位于核孔復合體胞質一側，環(huán)上有8條纖維伸向胞質；②核質環(huán)：位于核孔復合體核質一側，上面伸出8條纖維，纖維端部與端環(huán)相連，構成籠子狀的結構；③栓：核孔中央的一個栓狀的中央顆粒；④輻：核孔邊緣伸向核孔中央的突出物。16精選文本17精選文本

推測100余種不同的多肽，1000多個蛋白質分子，統(tǒng)稱為核孔蛋白(nucleoporin,Nup)。已在酵母中鑒定到30余種，在脊椎動物中鑒定到10余種。

核被膜-核孔復合體結構模型成分主要由蛋白質組成

18精選文本19精選文本核被膜-核孔復合體結構模型成分功能：

雙功能、雙向性的親水性核質交換通道核內(nèi)核外既介導蛋白質的入核轉運，又介導RNA,核糖核蛋白顆粒出核轉運。20精選文本核被膜-核孔復合體結構模型成分功能：

雙功能、雙向性的親水性核質交換通道被動擴散主動運輸21精選文本特殊的跨膜運輸?shù)鞍讖秃象w，具有雙功能，雙向性。一、被動擴散是指通過自由擴散或協(xié)助擴散實現(xiàn)物質由高濃度向低濃度方向的跨膜轉運。轉運的動力來自物質的濃度梯度，不需要細胞提供代謝能量。

膠體金顆粒穿越核孔，估計核孔中央通道的直徑為12.5nm核孔復合體作為被動擴散的親水通道，其有效直徑為9-10nm，有的可達12.5nm，即離子，小分子以及直徑在10nm以下的物質原則上可以自由通過。22精選文本核孔復合體的物質運輸----被動擴散23精選文本特殊的跨膜運輸?shù)鞍讖秃象w，具有雙功能，雙向性。一、被動擴散二、主動運輸是由載體蛋白所介導的物質逆濃度梯度或電化學梯度由低濃度一側向高濃度一側進行跨膜轉運的方式。

24精選文本爪蟾卵母細胞核質蛋白注射試驗25精選文本核定位信號：

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蛋白質能夠夠通過核孔復合體被轉運至細胞核內(nèi)。這段特殊的氨基酸序列被命名為核定位序列（nuclearlocalizationsequence，NLS）。第一個被確定的NLS是病毒SV40的T抗原，它在胞質中合成后很快積累在核中。其NLS為：pro-pro-lys-lys-lys-Arg-Lys-val，即使單個氨基酸被替換，亦失去作用。

NLS由4-8個氨基酸組成，含有Pro、Lys和Arg。對其連接的蛋白質無特殊要求，并且完成核輸入后不被切除。

26精選文本④轉運復合物與Ran-GTP（小分子的GTP酶）結合，復合體解散，釋放出親核蛋白；親核蛋白從細胞質向細胞核輸入的過程示意圖

①親核蛋白通過NLS與NLS受體結合，即importinα/β二聚體結合；形成轉運復合物。②轉運復合物與核孔復合體胞質環(huán)上的纖維結合；⑤與Ran-GTP結合的importinβ，輸出細胞核，在細胞質中Ran結合的GTP水解形成Ran-GDP并與importinβ解離，Ran-GDP返回細胞核重新轉換為Ran-GTP；③轉運復合物通過改變構象的核孔復合體從胞質面被轉移到核質面。27精選文本A：細胞核的功能

B：核被膜核被膜與核孔復合體知識框架：結構功能外核膜核周隙內(nèi)核膜核孔復合體28精選文本29精選文本核纖層概念：核纖層是結合在內(nèi)層核膜的內(nèi)表面、由中間纖維相互交織而成的一層高電子密度的蛋白質網(wǎng)絡結構，在所有真核細胞中普遍存在。一般厚約10-20nm。30精選文本BCA外核膜內(nèi)核膜核纖層蛋白染色質纖維胞質受體核纖層結構模式圖組成：三種中間纖維多肽交織而成，分別稱為核纖層蛋白A、B、C，構成一層網(wǎng)絡結構。B與內(nèi)層膜結合，A、C與染色質結合。核纖層31精選文本核纖層功能：（1）維持核孔位置和核被膜的形態(tài)；（2）為間期染色質提供附著位點；（3）有絲分裂中，與核被膜的解體和重建有關。32精選文本33精選文本染色質：光學顯微鏡下可見間期核中有一種嗜堿性很強的的物質，是由DNA,組蛋白，非組蛋白及少量RNA組成的線性復合結構，是遺傳物質的存在形式。染色質染色質是細胞生命活動的基礎34精選文本染色質---成分DNA

組蛋白非組蛋白少量RNADNA與組蛋白是染色質的穩(wěn)定成分非組蛋白與RNA的含量隨細胞生理狀態(tài)的不同而變化35精選文本染色質---成分--DNA

凡是具有細胞形態(tài)的生物其遺傳物質都是DNA

只有少數(shù)病毒的遺傳物質是RNA36精選文本人類基因組計劃(humangenomeproject,HGP)

人類基因組計劃曼哈頓原子彈計劃阿波羅計劃

并稱為三大科學計劃37精選文本人類基因組計劃簡介

人類基因組計劃(humangenomeproject,HGP)是由美國科學家于1985年率先提出，于1990年正式啟動的。美國、英國、法蘭西共和國、德國、日本和我國科學家共同參與了這一價值達30億美元的人類基因組計劃。按照這個計劃的設想，在2005年，要把人體內(nèi)約10萬個基因的密碼全部解開，同時繪制出人類基因的譜圖。換句話說，就是要揭開組成人體10萬個基因的30億個堿基對的秘密。38精選文本人類基因組計劃簡介人類基因組計劃自1990年啟動至2003年結束，歷時共13年。最新分析報告:基因組序列共包含28.5億個核苷酸，它近乎完整，涵蓋了99％以上的常染色質基因組序列；準確率為99．999％，誤差小于1/10萬分之一的精確版人類基因組圖譜，也就是說誤差率只有1個bp／10萬個bp，。而且還進一步糾正了蛋白編碼基因的數(shù)量，僅為2萬～2.5萬個，而非原先估計的10萬個。被用作模式生物的低等動物秀麗隱桿線蟲（C．elegans）只有1ｍｍ長，生命周期也只有短短數(shù)天，但其基因組卻含有1.95萬個左右的基因。39精選文本最新研究結果顯示:研究顯示,黑猩猩和人類基因組的DNA序列相似性達到99%《環(huán)球科技》2009封面：人為什么能成為人40精選文本DNA的分子結構磷酸和脫氧核糖DNA構成分子的基本骨架,與其連接的堿基對為隨機分布排列，因而形成了DNA分子結構的復雜性和多樣性。在這復雜多樣的DNA分子中蘊藏著生物界無數(shù)的遺傳信息。

DNA分子上的每一個片段都是基因嗎？41精選文本DNA的分子結構42精選文本三種不同構象的DNA雙螺旋A-DNA：為右手螺旋，每圈螺旋10.9個堿基。Z-DNA：為左手螺旋，每圈螺旋12個堿基。B-DNA：為Watson&Click提出的右手螺旋模型，每圈螺旋10個堿基。43精選文本人類基因組DNA人類基因組高度重復順序（≈

10%）中度重復順序（≈

30%）單一或低拷貝順序（≈

60%）基因及基因有關序列≈

10%人的每個體細胞中有2套染色體（2n）,故所含的DNA是由兩個基因組（genome）構成。每個單倍體基因組約含3.2×109bp。人類基因的平均長度為1-1.5kb，所以基因組以足以編碼1.5×106蛋白質，但實際上編碼蛋白質的結構基因只不過2萬～2.5萬個，僅占總基因組的2％-3％。

44精選文本高度重復順序

每個基因組中至少含105拷貝

，每個重復單位的長度大約是10～300個bp衛(wèi)星DNA，重復單位長度5-100bp.小衛(wèi)星DNA,重復單位長度12-100bp.高度重復DNA序列（占脊椎動物基因組10%）微衛(wèi)星DNA,重復單位長度1-5bp.45精選文本單一順序高度重復和中度重復約占基因組的60％-65％僅約10%為基因及基因相關序列

基因及基因相關序列基因基因相關序列斷裂基因側翼序列（啟動子，增強子，多聚腺苷酸化附加信號）46精選文本染色質---成分DNA

組蛋白非組蛋白少量RNA47精選文本染色質---成分DNA

組蛋白

基本結構蛋白，富含帶正電荷的Arg和Lys等堿性氨基酸，可以和酸性的DNA緊密結合。與DNA結合沒有序列特異性。48精選文本染色質---成分DNA

組蛋白非組蛋白少量RNA非組蛋白主要是指與特異DNA序列相結合的蛋白質，所以又稱序列特異性DNA結合蛋白。非組蛋白則大多是酸性的。凝膠延滯實驗49精選文本非組蛋白的特性α螺旋-轉角-α螺旋鋅指Leu拉鏈螺旋-環(huán)-螺旋非組蛋白特異性結合DNA的不同結構模式50精選文本常染色質和異染色質間期染色質按其形態(tài)特征，活性狀態(tài)和染色質性能區(qū)分為兩種類型：常染色質和異染色質。常染色質：指間期細胞核內(nèi)染色質纖維折疊壓縮程度低，相對處于伸展狀態(tài)，用堿性染料染色時著色淺的那些染色質。1.構成常染色質的DNA主要是單一序列DNA和中度重復序列DNA。2.處于常染色質狀態(tài)是基因轉錄的必要條件，而不是充分條件。51精選文本異染色質：指間期細胞核內(nèi)染色質纖維折疊壓縮程度高，相對處于聚縮狀態(tài)，用堿性染料染色時著色深的那些染色質。異染色質又可以分為結構異染色質：各個類型的細胞中，除復制期以外，在整個細胞周期均處于聚縮狀態(tài)，DNA組裝比在整個細胞周期中基本沒有較大變化的染色質。兼性異染色質：在某些細胞類型或一定的發(fā)育階段，原來的常染色質聚縮，并喪失基因轉錄活性變?yōu)楫惾旧|。雌性哺乳類體細胞的核內(nèi)，兩條X染色體之一在發(fā)育早期隨機發(fā)生異染色質化而失活，形成巴氏小體（Barrbody）兼性異染色質的總量隨不同細胞類型而變化，一般胚胎細胞含量很少，而高度特化的細胞含量較多，說明隨著細胞分化，較多的基因漸次以聚凝縮狀態(tài)關閉，從而再也不能接近基因活化蛋白。52精選文本如何在一個網(wǎng)球內(nèi)包含有2km長的細線？53精選文本人的每個體細胞所含DNA約6x109bp分布在46條染色體中，總長可達2m，平均每條染色體DNA分子長約5m，而細胞核直徑只有5-8um，這就意味著從染色質DNA組裝成染色體要壓縮近萬倍，相當于一個網(wǎng)球內(nèi)包含有2km長的細線。54精選文本染色質的基本結構單位—核小體鹽處理前后的染色質絲的電鏡照片A:自然結構：30nm的纖絲B：解聚的串珠狀結構55精選文本核小體要點：1.每個核小體單位包括200bp左右DNA鏈和一個組蛋白八聚體以及一個分子的組蛋白H1.核小體---念珠模型56精選文本核小體要點：2.組蛋白八聚體構成核小體的盤狀核心顆粒,由四個異二聚體組成,包括兩個H2A、H2B和兩個H3和H4組蛋白.核小體---念珠模型57精選文本核小體要點：3.146bp的DNA分子超螺旋盤繞組蛋白八聚體1.75圈。組蛋白H1在核心顆粒外結合額外20bpDNA,鎖住核小體DNA的進出端，起穩(wěn)定核小體的作用。核小體---念珠模型58精選文本核小體要點：4.

兩個相鄰核小體之間以連接DNA相連，典型長度60bp，不同物種變化為0-80bp不等。核小體---念珠模型59精選文本核小體要點：5.

組蛋白與DNA之間的相互作用主要是結構性的，基本不依賴于核苷酸的特異序列。核小體---念珠模型60精選文本核小體61精選文本核小體核心顆粒直徑為10納米，排成一串形成10納米染色質絲。62精選文本

核小體和螺線管的結構63精選文本多級螺旋模型

骨架-放射環(huán)結構模型DNA核小體螺線管？？？？？染色體染色質組裝的前期過程被大多科學家認可64精選文本染色質組裝的多級螺旋模型DNA核小體螺線管超螺線管染色體一級結構二級結構進一步螺旋化三級結構四級結構65精選文本染色體的骨架-放射環(huán)結構模型染色體骨架示意圖非組蛋白構成的染色體骨架和由骨架伸出的無數(shù)的DNA側環(huán)66精選文本染色體的骨架-放射環(huán)結構模型染色體的骨架-放射環(huán)結構模型：

30nm的螺旋管形成DNA復制環(huán)，每18個復制環(huán)呈放射狀平面排列，結合在核基質（核骨架）上形成微帶（三級結構），大約106個微帶沿縱軸構成子染色體。DNA核小體螺線管（放射環(huán)）微帶染色體67精選文本68精選文本第三節(jié)染色質結構與基因活化69精選文本按功能狀態(tài)的不同可將染色質分為活性染色質和非活性染色質?；钚匀旧|：具有轉錄活性的染色質。占基因總數(shù)的10%左右。非活性染色質：沒有轉錄活性的染色質。占基因總數(shù)的90%左右。70精選文本活性染色質的主要特征如下：1.活性染色質具有DNaseI超敏感位點（指在對染色質進行低DNaseI處理，切割將先發(fā)生在少數(shù)特異性位點上，這些特異性位點叫做DNaseI超敏感位點），超敏感位點為染色質上無核小體的DNA片段，常位于5，-啟動子區(qū)，長100-200bp，是起始轉錄的必要條件。可為RNA聚合酶，轉錄因子和調控因子提供結合位點。2.活性染色質很少與組蛋白H1結合。3.組蛋白乙酰化程度高。4.核小體組蛋白H2B很少磷酸化。5.H2A少有變異形式。6.H3的變種只在活性染色質存在。7.HMG14和HMG17（非組蛋白的一種）只存在于活性染色質中。8.組蛋白存在泛素化修飾。71精選文本組蛋白修飾是指組蛋白在相關酶作用下發(fā)生甲基化、乙酰化、磷酸化、腺苷酸化、泛素化、ADP核糖基化等修飾的過程。組蛋白在翻譯后的修飾中會發(fā)生改變，從而提供一種識別的標志，為其它蛋白與DNA的結合產(chǎn)生協(xié)同或拮抗效應，它是一種動態(tài)轉錄調控成分，稱為組蛋白密碼。72精選文本組蛋白賴氨酸殘基乙?；呛诵◇w變構的一種重要方式。乙?；蟮慕M蛋白賴氨酸側鏈不再帶有正電荷，這樣就失去了與DNA緊密結合的能力，使相鄰核小體的聚合受阻。73精選文本74精選文本75精選文本76精選文本染色體

染色體是間期細胞染色質結構緊密組裝的結果。它由兩條相同的姐妹染色單體構成，彼此以著絲粒。77精選文本染色體的形態(tài)結構78精選文本根據(jù)著絲粒的位置將染色體分四種：中央著絲粒染色體；亞中央著絲粒染色體；近端著絲粒染色體；端著絲粒染色體。79精選文本著絲粒（centromere）位于染色體主縊痕的染色質部位，具有保守的著絲粒DNA序列，在其上有特異的動粒（著絲點）蛋白與之相結合。80精選文本著絲粒：含3個結構域，即：動粒結構域（kinetochoredomain）、中心結構域（centraldomain）和配對結構域（paringdomain）。81精選文本Chapter12CellCycle

著絲粒兩側各有一個由多種蛋白質裝配成的3層盤狀特化結構，為非染色體性質物質的附加物，稱為動粒（著絲點）。動粒與染色體的移動有關，紡錘體的紡錘絲（或星射線）微管就附著在著絲點上，并牽引染色體移動

82精選文本Cohesin(分子膠,凝聚蛋白,整合素)姐妹染色單體之間分離APC（有絲分裂后期促進因子）

介導CyclinB降解，CDK1活性喪失激活分離酶Separase活性Chapter12CellCycle

83精選文本

中央結構域：位于動粒結構域的下方,含有高度重復的α衛(wèi)星DNA構成的異染色質。配對結構域：位于著絲粒結構的內(nèi)層，中期兩條染色單體在此處相互連結，在此區(qū)域發(fā)現(xiàn)有兩類蛋白，一類為內(nèi)著絲粒蛋白INCENP（innercentromereprotein），另一類為染色單體連接蛋白CLIP（chromatidlinkingprotein）.

84精選文本（B）端粒是染色體端部的特化部分，由端粒DNA和端粒蛋白構成，其生物學作用在于維持染色體的穩(wěn)定性。如果用X射線將染色體打斷，不具端粒的染色體末端有粘性，會與其它片段相連或兩端相連而成環(huán)狀。85精選文本熒光原位雜交顯示的端粒（上）和端粒序列（下）86精選文本

端粒由高度重復的短序列串聯(lián)而成，在進化上高度保守，不同生物的端粒序列都很相似，人的序列為GGGTTA。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，其復制要靠具有反轉錄酶性質的端粒酶（telomerase）來完成，正常體細胞缺乏此酶，故隨細胞分裂而變短，細胞隨之衰老。87精選文本（E）隨體（satellite)：指位于染色體末端的球形或圓柱形染色體節(jié)段，通過次縊痕區(qū)與染色體主體部分相連。位于染色體末端的隨體稱為端隨體，位于兩個次縊痕中間的稱中間隨體。88精選文本染色體DNA的關鍵序列：①自主復制序列(autonomouslyreplicatingDNAsequence,ARS)，是DNA復制的起點，酵母基因組含200-400個ARS，大多數(shù)具有一個11bp富含AT的一致序列（ARSconsensussequence,ACS）；89精選文本②著絲粒序列(centromereDNAsequence,CEN)，由大量串聯(lián)的重復序列組成，如α衛(wèi)星DNA，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；③端粒序列(telomereDNAsequence,TEL)，不同生物的端粒序列都很相似，由長5-10bp的重復單位串聯(lián)而成，人的重復序列為GGGTTA。90精選文本染色體的三種基本序列91精選文本特殊形態(tài)染色體（特定發(fā)育階段）--巨大染色體多線染色體燈刷染色體92精選文本（1）多線染色體1881年意大利的Balbiani發(fā)現(xiàn)于雙翅目搖蚊幼蟲的唾腺細胞。其特點是：①體積巨大，比其它體細胞染色體長100-200倍，體積大1000-2000倍，這是由于核內(nèi)有絲分裂的結果，即染色體多次復制而不分離。②多線性，每條多線染色體由500-4000條解旋的染色體合并在一起形成。93精選文本

來源于核內(nèi)有絲分裂，核內(nèi)DNA多次復制產(chǎn)生的子染色體平行排列，且體細胞內(nèi)同源染色體配對，緊密結合在一起，從而阻止了染色體纖維進一步聚縮，形成體積很大的由多條染色體組成的結構叫多線染色體。多線染色體上含有一系列交替分布的帶和間帶。帶區(qū)的染色質組裝程度比間帶染色質高的多，所以帶區(qū)呈現(xiàn)深染而間帶淺染。94精選文本在果蠅個體發(fā)育的某個階段，多線染色體的某些帶區(qū)疏松膨大，形成膨突。----是基因活躍轉錄的形態(tài)學標志。95精選文本（2）燈刷染色體燈刷染色體：形如燈刷狀，是一類處于伸展狀態(tài)具有正在轉錄的環(huán)狀突起（是RNA活躍轉錄的區(qū)域）的巨大染色體。燈刷染色體96精選文本1.核仁是真核細胞間期核中最顯著的結構。2.