細胞核-染色體-細胞生物學課件

第八章

細胞核(nucleus)與

染色體(chromosome)

●細胞核是真核細胞內(nèi)最大、最重要的細胞器，是細胞遺傳與代謝的調(diào)控信息中心。

●一般一個細胞只有一個細胞核，有些特殊的細胞含多個細胞核，如脊椎動物的骨骼肌細胞和破骨細胞含幾十至幾百個細胞核。但也有些細胞如哺乳動物成熟紅細胞和植物成熟篩管細胞無核。

●細胞核的結(jié)構(gòu)組成：

核被膜(nuclearenvelope)與核孔復合體(NPC） 染色質(zhì)（chromatin） 染色體

(chromosome)

核仁(nucleolus) 染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和基因轉(zhuǎn)錄

一核被膜與核孔復合體●核被膜

●核孔復合體（nuclearporecomplex,NPC）

核被膜●結(jié)構(gòu)組成

●核被膜的功能

●核被膜在細胞有絲分裂過程中有規(guī)律地解體與重建

結(jié)構(gòu)組成

◆外核膜（outernuclearmembrane）:附有核糖體顆粒

核周腔（perinuclearspace）：兩層膜間的空隙◆內(nèi)核膜（innernuclearmembrane）:有特有的蛋白成份（如核纖層蛋白B受體，LBR） ◆核纖層（nuclearlamina）：緊貼內(nèi)膜的致密的纖維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

核孔（nuclearpore）核被膜的功能

構(gòu)成核、質(zhì)之間的天然屏障，形成空間區(qū)隔

和功能區(qū)隔

保持核內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定 避免生命活動的彼此干擾（DNA的復制轉(zhuǎn)錄和加工在核內(nèi)，翻譯在細胞質(zhì)） 保護DNA不受細胞骨架運動所產(chǎn)生的機械力的損傷 參與染色體的定位和分離核質(zhì)間的物質(zhì)交換與信息交流（核孔）核被膜在細胞有絲分裂中有規(guī)律地解體與重建新核膜來自舊核膜；核被膜的去組裝是非隨機的，具有區(qū)域特異性（domain-specific），先組裝核纖層，再組裝核孔復合體；◆核被膜的解體與重建受細胞周期調(diào)控因子的調(diào)節(jié)，可能與核纖層蛋白、核孔復合體蛋白的磷酸化與去磷酸化修飾有關(guān)。核孔復合體

（nuclearporecomplex,NPC）●形態(tài)結(jié)構(gòu)●核孔復合體成份的研究（×）●核孔復合體的功能：結(jié)構(gòu)模型

胞質(zhì)環(huán)（cytoplasmicring）：外環(huán)核質(zhì)環(huán)（nuclearring）：內(nèi)環(huán)輻（spoke） 柱狀亞單位（columnsubunit） 腔內(nèi)亞單位(luminalsubunit) 環(huán)帶亞單位（annularsubunit）中央栓（centralplug）：transporter核孔復合體成份的研究

主要由蛋白質(zhì)構(gòu)成，其總相對分子質(zhì)量約為125×106，含100余種不同多肽，共1000多個蛋白質(zhì)分子。

gp210：結(jié)構(gòu)性跨膜蛋白

p62：功能性的核孔復合體蛋白，具有兩個功能結(jié)構(gòu)域蛋白名稱對應的NPC結(jié)構(gòu)功能與特性gp210Pom121Nup153

Nup180

Nup155P62

P58P54P45Nup84（大鼠）或Nup88（人）Nup214/CANNup107pNup98pNup155p260/Tpr孔膜區(qū)，跨膜蛋白孔膜區(qū)，跨膜蛋白“fish-trap”

胞質(zhì)環(huán)及其纖維

核質(zhì)面與胞質(zhì)面中央顆粒

胞質(zhì)環(huán)纖維

胞質(zhì)環(huán)纖維能與刀豆球蛋白（ConA）結(jié)合；N端位于膜間腔，C端將NPC錨定在核膜上。能與WGA結(jié)合；C端有FXFG重復序列。能與WGA結(jié)合；N端有FXFG重復序列；具有鋅指結(jié)構(gòu)，能夠結(jié)合DNA（invitro）。不能與WGA結(jié)合；其抗體對核質(zhì)交換沒有抑制作用；介導NPC與胞質(zhì)骨架的聯(lián)系。不能與WGA結(jié)合。能與WGA結(jié)合；具有FXFG重復序列；其抗體對核質(zhì)交換有抑制作用；能與p58，p54，p45形成p62復合體；與酵母的Nsp1p同源。具有FG重復序列；與酵母的Nup49p同源。具有FG重復序列；與酵母的Nup57p同源。具有FG重復序列。

能與WGA結(jié)合。與酵母的Nup84p同源。具有GLFG重復序列；與酵母的Nup116p同源。與酵母的Nup170同源。不能與WGA結(jié)合。已知的脊椎動物核孔復合體的蛋白成份簡表gp210：結(jié)構(gòu)性跨膜蛋白介導核孔復合體與核被膜的連接，將核孔復合體

錨定在“孔膜區(qū)”，從而為核孔復合體裝配提供一個起始位點。在內(nèi)、外核膜融合形成核孔中起重要作用；在核孔復合體的核質(zhì)交換功能活動中起一定作用。

p62：功能性的核孔復合體蛋白，具有兩個功能結(jié)構(gòu)域

疏水性N端區(qū)：可能在核孔復合體功能活動中直接參與核質(zhì)交換C端區(qū)：可能通過與其它核孔復合體蛋白相互作用，從而將p62分子穩(wěn)定到核孔復合體上，為其N端進行核質(zhì)交換活動提供支持。核孔復合體的功能雙功能(主/被動運輸）雙向性（入/出核轉(zhuǎn)運）的親水性核質(zhì)交換通道

核孔復合體物質(zhì)運輸功能示意圖通過核孔復合體的主動運輸

親核蛋白與核定位信號

親核蛋白入核轉(zhuǎn)運的步驟

RNA與核糖體亞單位的核輸出通過核孔復合體物質(zhì)運輸?shù)墓δ苁疽鈭D（B.Talcott等，1999）通過核孔復合體的主動運輸

生物大分子的核質(zhì)分配主要通過核孔復合體的主動運輸完成，具高度選擇性，且為雙向的。

選擇性表現(xiàn)：運輸顆粒大?。杭s10～20nm，但有效功能直徑可被調(diào)節(jié)，可達26nm；有載體參與:存在信號識別,要消耗能量，并表現(xiàn)出飽和動力學特征；具雙向性:核輸入與核輸出

親核蛋白與核定位信號親核蛋白（karyophilicprotein）

胞質(zhì)內(nèi)合成后，需要或能夠進入核內(nèi)起作用的蛋白。核定位信號(nuclearlocalizationsignal，NLS)親核蛋白內(nèi)的短aa信號片段，富含Lys、Arg和Pro?？纱嬖谟诘鞍撞煌课唬瑸橐欢芜B續(xù)的序列（T抗原），或分兩段，中間隔約10個aa（核質(zhì)蛋白）；指導蛋白完成核輸入后并不被切除； 被磷酸化或結(jié)合胞質(zhì)滯留因子后親核蛋白不入核；是親核蛋白入核的必要而非充分條件核質(zhì)蛋白（nucleoplasmin）的入核轉(zhuǎn)運親核蛋白入核轉(zhuǎn)運的步驟結(jié)合：需NLS識別并結(jié)合importin；轉(zhuǎn)運：需GTP水解提供能量轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA的核輸出核輸出信號

(NuclearExportSignal，NES)：出核物質(zhì)內(nèi)或其結(jié)合蛋白內(nèi)的信號序列核輸出蛋白（exportin)：協(xié)助物質(zhì)出核的蛋白分子RNA需經(jīng)加工、修飾為成熟分子后才被轉(zhuǎn)運出核rRNA以核糖核蛋白顆粒RNP的形式出核，需能；

5srRNA與tRNA的輸出由蛋白介導；核內(nèi)不均一RNA(hnRNA),在核內(nèi)進行5’端加帽和3’端加多聚A以及剪接等加工后形成成熟mRNA出核，5’端的m7GpppG“帽子”結(jié)構(gòu)是mRNA出核轉(zhuǎn)運必需的；mRNA出核受核內(nèi)的正調(diào)控信號控制，負調(diào)控信號防止其前體被運出，后者與剪接體(spliceosome)有關(guān)，其出核轉(zhuǎn)運過程有極性，5’在前，3’端在后。二

染

色

質(zhì)

●染色質(zhì)的概念及化學組成

●染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位—核小體(nucleosome)●染色質(zhì)包裝模型●常染色質(zhì)和異染色質(zhì)

1染色質(zhì)的概念及化學組成●染色質(zhì)概念

●染色質(zhì)DNA

染色質(zhì)蛋白質(zhì)

染色質(zhì)概念

◆染色質(zhì)（chromatin）:由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA組成的線性復合結(jié)構(gòu)，為間期細胞核內(nèi)遺傳物質(zhì)的存在形式?！羧旧w(chromosome):細胞在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中,由染色質(zhì)聚縮而成的棒狀結(jié)構(gòu)。

染色質(zhì)與染色體的化學組成基本相同，但包裝程度不同,構(gòu)象不同；在細胞周期不同階段可相互轉(zhuǎn)變。染色質(zhì)DNA基因組（genome）DNA分子一級結(jié)構(gòu)的多樣性

DNA二級結(jié)構(gòu)的多形性(polymorphism)基因組（genome）概念一個生物貯存在單倍染色體組中的總遺傳信息，稱為該生物的基因組?；蚪M大小通常隨物種的復雜性而增加?；蚪M中兩類遺傳信息

編碼序列調(diào)控序列

物種基因組大小平均基因長（bp）基因數(shù)目大腸桿菌4.2×106bp，1.2Kb約2350酵母1.3×107bp1.4Kb約6100果蠅1.4×108bp11.3Kb約8750

人3×109bp16.3Kb約125000*必需基因（essentialgene）和非必需基因（nonessentialgene）DNA分子一級結(jié)構(gòu)的多樣性非重復序列DNA（編碼序列）中度重復DNA序列（多為調(diào)控序列，也有編碼序列）短散在重復元件（shortinterspersedelementsSINEs<500bp）長散在重復元件（longinterspersedelementsLINEs>1000bp）在物種進化中是基因組中可移動的遺傳元件，且影響基因表達。高度重復DNA序列(集中存在)

衛(wèi)星DNA(satelliteDNA):5~100bp,分布在染色體著絲粒部位；

小衛(wèi)星DNA(minisatelliteDNA):數(shù)量可變的串聯(lián)重復序列，12~100bp,用于DNA指紋技術(shù)(DNAfinger-printing)作個體鑒定；微衛(wèi)星DNA(microsatelliteDNA):重復序列最短1~5bp，具高度多態(tài)性，在遺傳上高度保守，為重要的遺傳標志。DNA二級結(jié)構(gòu)的多形性

(polymorphism)三種構(gòu)型DNA：

B型DNA（右手雙螺旋DNA）；活性最高的DNA構(gòu)象； A型DNA，B型DNA的重要變構(gòu)形式，仍有活性； Z型DNA，左手螺旋，B型DNA的另一變構(gòu)形式，活性明顯降低。三種構(gòu)型DNA的主要特征

DNA構(gòu)型的生物學意義

主要特征螺旋類型ABZ螺旋直徑螺旋方向螺旋值／bpbp／每圈螺旋垂直升距／bp螺旋軸位置大溝小溝23A右手+34.7o11.02.56A位于大溝，不穿過堿基對窄而深寬而淺19A右手+34.6o10.43.38A穿過堿基對寬而深窄而淺12A左手-30o12.05.71A位于小溝，不穿過堿基對平坦窄而深A、B和Z型DNA的比較*引自GenesⅥ，稍加補充。

小溝大溝DNA構(gòu)型的生物學意義

溝（特別是大溝）的特征在遺傳信息表達過程中起關(guān)鍵作用溝的寬窄及深淺可影響堿基對的暴露程度，從而影響調(diào)控蛋白對DNA信息的識別生理狀態(tài)下三種構(gòu)型的DNA處于動態(tài)轉(zhuǎn)變之中DNA二級結(jié)構(gòu)的變化與高級結(jié)構(gòu)的變化是相互關(guān)聯(lián)的，這種變化在DNA復制與轉(zhuǎn)錄中具有重要的生物學意義。

染色質(zhì)蛋白質(zhì)

功能：負責DNA分子遺傳信息的組織、復制和閱讀。類別：◆組蛋白(histone)：和DNA非特異性結(jié)合； ◆非組蛋白(nonhistone)：和DNA特異序列結(jié)合；

◆非組蛋白的不同結(jié)構(gòu)模式

X組蛋白(histone)分類：

核小體組蛋白(nucleosomalhistone)：H2B、H2A、H3和H4,幫助DNA卷曲形成核小體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；

H1組蛋白：在構(gòu)成核小體時起連接作用,它賦予染色質(zhì)以極性。特點： 真核生物染色體的基本結(jié)構(gòu)蛋白，富含Arg和Lys等堿性氨基酸，可和酸性的DNA非特異性結(jié)合； 進化上保守，無種屬及組織特異性。非組蛋白指染色體上與特異DNA序列相結(jié)合的蛋白，又稱序列特異性DNA結(jié)合蛋白(sequencespecificDNAbindingproteins)。特性：

多樣性和異質(zhì)性：不同組織和發(fā)育階段的種類和數(shù)量不同(DNA、RNA聚合酶、染色體骨架蛋白及調(diào)控蛋白）特異性：識別特異DNA序列；多功能性：調(diào)控基因表達、參與染色體構(gòu)建。非組蛋白的不同結(jié)構(gòu)模式α螺旋-轉(zhuǎn)角-α螺旋模式(helix-turn-helixmotif)鋅指模式(Zincfingermotif)亮氨酸拉鏈模式(Leucinezippermotif，ZIP)螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)模式(helix-loop-helixmotif，HLH)HMG-盒結(jié)構(gòu)模式（HMG-boxmotif）：2染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位

核小體(nucleosome)

主要實驗證據(jù)

核小體分子結(jié)構(gòu)

主要實驗證據(jù)

◆鋪展染色質(zhì)的電鏡觀察未經(jīng)處理的染色質(zhì)自然結(jié)構(gòu)為30nm的纖絲，經(jīng)鹽溶處理后解聚的染色質(zhì)呈現(xiàn)10nm串珠狀結(jié)構(gòu)；

◆用非特異性微球菌核酸酶消化染色質(zhì)，部分酶解片段分析結(jié)果;

◆SV40病毒微小染色體（minichromosome）分析與電鏡觀察；◆X射線衍射、中子散射和電鏡三維重建技術(shù)表明核小體顆粒是直徑為11nm、高6.0nm的扁園柱體，核心組蛋白構(gòu)成時先形成(H3)2﹒(H4)2四聚體，然后再與兩個H2A﹒H2B異二聚體結(jié)合形成八聚體;核小體結(jié)構(gòu)要點◆每個核小體單位包括200bp左右的DNA鏈、一個組蛋白八聚體及一分子組蛋白H1；◆組蛋白八聚體構(gòu)成核小體的盤狀核心結(jié)構(gòu)；◆146bp的DNA分子超螺旋盤繞組蛋白八聚體1.75圈,H1在核心顆粒外結(jié)合額外20bpDNA，鎖住核小體DNA的進出端，起穩(wěn)定核小體的作用；組蛋白H1+166bpDNA的核小體=染色質(zhì)小體；◆相鄰核小體間連以連接DNA(0～80bp,多為60bp)；◆組蛋白與DNA結(jié)構(gòu)性結(jié)合，不依賴于核酸的特異序列，核小體具自組裝特性；◆核小體的形成部位受諸多因素影響，其位置改變影響基因表達。3染色質(zhì)包裝模型染色質(zhì)包裝的多級螺旋模型

(multiplecoilingmodel)●染色體的骨架-放射環(huán)結(jié)構(gòu)模型

(scaffoldradialloopstructuremodel)●染色體包裝的不同組織水平

染色質(zhì)包裝的多級螺旋模型

◆一級結(jié)構(gòu)：核小體(串珠狀結(jié)構(gòu))；10nm ◆二級結(jié)構(gòu)：螺線管(solenoid)30nm ◆三級結(jié)構(gòu)：超螺線管(supersolenoid)0.4μm ◆四級結(jié)構(gòu)：染色單體（chromatid）2-10μm

壓縮7倍壓縮6倍壓縮40倍壓縮5倍

DNA———→核小體———→螺線管———→超螺線管———→

染色單體8400螺旋化是此學說強調(diào)的重點染色體的骨架-放射環(huán)結(jié)構(gòu)模型◆染色體由非組蛋白構(gòu)成的染色體骨架(chromsomalscaffold)和由骨架伸出的無數(shù)的DNA側(cè)環(huán)構(gòu)成?！?0nm的螺線管折疊成環(huán),沿染色體縱軸,由中央向四周伸出,構(gòu)成復制環(huán)。◆每18個復制環(huán)呈放射狀平面排列,結(jié)合在核基質(zhì)上形成微帶(miniband)，由微帶沿縱軸構(gòu)建成染色體。環(huán)化和折疊是此學說強調(diào)的重點●染色體包裝的不同組織水平

4常染色質(zhì)和異染色質(zhì)常染色質(zhì)(euchromatin)異染色質(zhì)(heterochromatin)：

常染色質(zhì)(euchromatin)◆概念：指間期核內(nèi)染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度低,

處于伸展狀態(tài)（典型包裝率750倍）,用堿性染料染色時著色淺的那些染色質(zhì)。◆DNA包裝比約為1/1000～2000◆構(gòu)成：單一序列DNA；中度重復序列DNA(如組蛋白基因和tRNA基因)

并非所有常染色質(zhì)基因都具有轉(zhuǎn)錄活性,常染色質(zhì)狀態(tài)只是基因轉(zhuǎn)錄的必要條件而非充分條件。異染色質(zhì)(heterochromatin)◆概念：指間期細胞核中,折疊壓縮程度高,處于聚縮狀態(tài)的染色質(zhì)組分，堿性染料染色時著色較深的染色質(zhì)組分。◆類型 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)結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)或組成型異染色質(zhì)

除復制期以外，在整個細胞周期均處于聚縮狀態(tài)，成多個染色中心。結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)的特征：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由相對簡單、高度重復DNA序列構(gòu)成（衛(wèi)星DNA）；③具有顯著的遺傳惰性,不轉(zhuǎn)錄也不編碼蛋白；④與常染色質(zhì)相比表現(xiàn)為晚復制早聚縮；⑤參與染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的形成，導致染色質(zhì)區(qū)間性，作為核DNA的轉(zhuǎn)座元件，引起遺傳變異。兼性異染色質(zhì)

在某些細胞類型或一定的發(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)，如X染色體隨機失活；

異染色質(zhì)化可能是關(guān)閉基因活性的一種途徑。三

染色體

●中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)●DNA結(jié)構(gòu)穩(wěn)定遺傳的三個功能元件（functionalelements）

●核型與染色體顯帶

●巨大染色體（giantchromosome）中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)中期染色體的典型形態(tài)類型

染色體的主要結(jié)構(gòu)

類型

中著絲粒染色體(metacentricchromosome)

亞中著絲粒染色體(submetacentricchromosome)

亞端著絲粒染色體(subtelocentricchromosome)

端著絲粒染色體(telocentricchromosome)。根據(jù)著絲粒位置進行的染色體分類

著絲粒位置染色體符號著絲粒比①著絲粒指數(shù)②中著絲粒亞中著絲粒亞端著絲粒端著絲粒msmstt1.00～1.671.68～3.003.01～7.007.01～000.500～0.3750.374～0.2500.294～0.1250.124～0.000①長臂長度／短臂長度;②短臂長度／染色體總長度

(根據(jù)Levan等,1964;Green等,1980)染色體的主要結(jié)構(gòu)◆著絲粒(centromere主縊痕)與著絲點(動粒，kinetochore)◆次縊痕(secondaryconstriction)◆核仁組織區(qū)(nucleolarorganizingregion,NOR)：位于次縊痕部位；◆隨體(satellite):位于染色體末端的球形染色體節(jié)段?！舳肆?telomere)：染色體端部特化結(jié)構(gòu)，由富含G的短串聯(lián)重復序列組成。著絲粒與著絲點(動粒)著絲點結(jié)構(gòu)域(kinetochoredomain) 內(nèi)板(innerplate)

中間間隙(middlespace),innerzone

外板(outerplate)

纖維冠(fibrouscorona)中央結(jié)構(gòu)域(centraldomain) 由串連重復的衛(wèi)星DNA組成，可與動粒蛋白

CENP-B結(jié)合；配對結(jié)構(gòu)域(pairingdomain)：姐妹染色體的作用位點；

內(nèi)部著絲粒蛋白INCENP(innercentromereprotein)

染色單體連接蛋白clips(chromatidlinkingproteins)著絲粒DNA穩(wěn)定遺傳的三個功能元件（functionalelements）

自主復制DNA序列(autonomouslyreplicatingDNAsequence,ARS)：ARS

確保染色體在細胞周期中能夠自我復制。著絲粒DNA序列(centromereDNAsequence,CEN)

： 保證染色體平均分配到子細胞中。端粒DNA序列(telomereDNAsequence,TEL)

：

DNA末端的高度重復序列，保持染色體的獨立性和穩(wěn)定性；◆端粒序列的復制 ◆端粒酶：具逆轉(zhuǎn)錄酶活性，以物種內(nèi)在RNA為模板合成端粒重復序列加到3‘端。在生殖細胞和部分干細胞中有端粒酶活性，端粒重復序列的長度與細胞分裂次數(shù)和細胞衰老有關(guān)(分裂計時器)；三種功能元件確保染色體的復制和穩(wěn)定遺傳，實驗證明“人造微小染色體”(artificialminichromosome)。核型與染色體顯帶

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)

將一個染色體組的全部染色體逐個按 其特征繪制下來,再按長短、形態(tài)等特征排 列起來的圖象稱為核型模式圖,它代表一個 物種的核型模式。染色體顯帶技術(shù)巨大染色體多線染色體（polytenechromosome）燈刷染色體（lampbrushchromosome）多線染色體◆存在于雙翅目昆蟲的幼蟲組織細胞、某些植物細胞?！舳嗑€染色體的來源：核內(nèi)有絲分裂(endomitosis)

◆多線染色體的帶及間帶：帶和間帶都含有基因，可能“管家”基因(housekeepinggene)位于間帶,“奢侈”基因(luxurygene)位于帶上?！舳嗑€染色體與基因活性：脹泡是基因活躍轉(zhuǎn)錄的 形態(tài)學標志管家基因：為維持各種細胞基本活動所必需的結(jié)構(gòu)和功能蛋白質(zhì)編碼的基因，這種基因是各種類型細胞所共有的，管家基因還有一些產(chǎn)物不是蛋白質(zhì)，而是參與蛋白質(zhì)合成的tRNA和rRNA等。奢侈基因或組織專一性基因（tissue-specificgene）：其為細胞特異性蛋白質(zhì)編碼，它對細胞生存并無直接影響，但對細胞分化起重要作用。燈刷染色體

（lampbrushchromosome）◆燈刷染色體普遍存在于動物界的卵母細胞中，兩棲類卵母細胞的燈刷染色體最典型?！魺羲⑷旧w的來源：卵母細胞進行減數(shù)第一次分裂時停留在雙線期的染色體?！魺羲⑷旧w的超微結(jié)構(gòu)◆燈刷染色體的轉(zhuǎn)錄功能：側(cè)環(huán)是RNA轉(zhuǎn)錄活性部位。四

核

仁(nucleolus)●核仁的超微結(jié)構(gòu)

●核仁的功能

●核仁周期

纖維中心致密纖維組分顆粒組分核仁相隨染色質(zhì)核仁基質(zhì)/骨架1核仁的超微結(jié)構(gòu)核仁核仁三種基本組分和rRNA的轉(zhuǎn)錄

與加工形成RNP的不同事件有關(guān)纖維中心：

rRNA基因（rDNA）的儲存位點纖維中心與致密纖維組分的交界處:rRNA初始轉(zhuǎn)錄及加工顆粒組分區(qū):

核糖體亞單位裝配、成熟和存儲位點。2核仁的功能

核糖體的生物發(fā)生(ribosomebiogenesis)：纖維組分→顆粒組分，逐步完成rRNA的合成、加工及核糖體亞單位的裝配。rRNA基因轉(zhuǎn)錄的形態(tài)及組織特征

rRNA前體的加工

核糖體亞單位的組裝

rRNA基因轉(zhuǎn)錄的形態(tài)及組織特征組織特征：

rRNA的信息源于核仁組織區(qū)(NORs)的rDNA形態(tài)特征:“圣誕樹”樣結(jié)構(gòu)。rRNA基因的轉(zhuǎn)錄非常高效：

rDNA串聯(lián)重復排列于核仁區(qū)，啟動子在局部濃縮；RNAaseI沿著串聯(lián)重復序列連續(xù)復制。

rRNA前體的加工加工過程：

rRNA前體的加工是以核糖核蛋白（RNP）形態(tài)而非游離rRNA的方式進行。修飾與加工X真核生物間期核中的“圣誕樹”樣結(jié)構(gòu)上含有的rRNA成分？核糖體亞單位的組裝RNP顆粒加工下來的蛋白質(zhì)和小RNA留在核仁中,可能在催化核糖體構(gòu)建中起作用；核糖體的大、小亞基在被轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)中才組裝成成熟核糖體,

這阻止了有功能的核糖體與核內(nèi)加工不完全的hnRNA（mRNA）分子結(jié)合；核仁和mRNA的輸出與降解有關(guān)。3核仁周期核仁的動態(tài)變化：隨染色質(zhì)凝集（有絲分裂中期和后期）而消失，隨染色體去濃縮（末期）而逐漸形成；核仁結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化依賴于rDNA轉(zhuǎn)錄活性和細胞周期的運行。五染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和基因轉(zhuǎn)錄活性染色質(zhì)及其主要特征

染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因轉(zhuǎn)錄

活性染色質(zhì)及其主要特征活性染色質(zhì)(activechromatin)與非活性染色質(zhì)(inactivechromatin)

活性染色質(zhì)主要特征

活性染色質(zhì)(activechromatin)與

非活性染色質(zhì)(inactivechromatin)

活性染色質(zhì)是具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)?；钚匀旧|(zhì)的核小體發(fā)生構(gòu)象改變，具有疏松的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而便于轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子與順式調(diào)控元件結(jié)合并便于RNA

聚合酶在轉(zhuǎn)錄模板上滑動。

非活性染色質(zhì)是沒有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)。非活性染色質(zhì)包括異染色質(zhì)和部分常染色質(zhì)與常染色質(zhì)和異染色質(zhì)的關(guān)系如何？活性染色質(zhì)主要特征活性染色質(zhì)具有DNaseI（結(jié)合并水解DNA)超敏感位點(DHS）：無核小體的DNA片段，常位于5‘-啟動子區(qū)，長幾百bp，是起始轉(zhuǎn)錄的必要條件，為RNA聚合酶、轉(zhuǎn)錄因子和調(diào)控因子提供結(jié)合位點。

染色質(zhì)活性基因DNaseI敏感性的檢測活性染色質(zhì)的生化特殊性 很少結(jié)合組蛋白H1； 組蛋白乙?；潭雀撸?組蛋白H2B少被磷酸化； H2A在許多物種少有變異形式； HMG14和HMG17只存在于活性染色質(zhì)中。染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因轉(zhuǎn)錄

疏松染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成

染色質(zhì)的區(qū)間性

染色質(zhì)模板的轉(zhuǎn)錄

疏松染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成DNA局部結(jié)構(gòu)的改變與核小體相位的影響 調(diào)控蛋白結(jié)合染色質(zhì)DNA特定位點后引發(fā)其二級結(jié)構(gòu)改變；進而影響其它結(jié)合位點與調(diào)控蛋白的結(jié)合。 核小體通常定位在DNA特殊位點而利于轉(zhuǎn)錄

組蛋白的修飾改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)，直/間接影響轉(zhuǎn)錄活性；核心組蛋白的Lys發(fā)生乙酰基化或甲基化后失去正電荷而與DNA結(jié)合松散；H2A泛素化后被降解；H3,H4乙?；纱呋疍NA構(gòu)相變化，影響其與組蛋白結(jié)合。H1-Ser被磷酸化后對DNA親和力下降，促使染色質(zhì)松散。高速泳動蛋白HMG結(jié)構(gòu)域蛋白等染色質(zhì)變構(gòu)因子的影響 HMG結(jié)構(gòu)域可識別某些異型的DNA結(jié)構(gòu)，與DNA彎折和DNA-蛋白質(zhì)復合體高級結(jié)構(gòu)的形成有關(guān)。染色質(zhì)的區(qū)間性基因座控制區(qū)（locuscontrolregion,LCR） 染色體DNA上的順式作用元件，使啟動子處于無組蛋白狀態(tài)，穩(wěn)定色質(zhì)處于疏松狀態(tài)； 含多種反式因子結(jié)合序列，可保證DNA復制時與啟動子結(jié)合的因子仍保持在原位。隔離子（insulator）

概念：處于阻遏狀態(tài)與活化狀態(tài)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域之間的DNA序列，防止它們結(jié)構(gòu)特點向兩側(cè)擴展。

作用：是異染色質(zhì)定向形成的起始位點；提供拓撲隔離區(qū)，阻止其他增強子進入。染色質(zhì)模板的轉(zhuǎn)錄真核生物中基因轉(zhuǎn)錄的模板是染色質(zhì)而非裸露的DNA，染色質(zhì)是否處于活化/疏松狀態(tài)決定了RNA聚合酶能否行使轉(zhuǎn)錄功能。轉(zhuǎn)錄時如何保持DNA處于疏松狀態(tài)？“核小體犁”（nucleosomeplow）假說動物細胞植物細胞

常染色質(zhì)核仁異染色質(zhì)核孔早末期核纖層磷酸化前期晚末期染色單體間期核核纖層去磷酸化核被膜小泡融合被膜染色體融合核被膜小泡磷酸化的核纖層核孔組分栓

輻胞質(zhì)環(huán)核質(zhì)環(huán)核籃胞質(zhì)顆粒胞質(zhì)纖維核纖層柱狀亞單位環(huán)帶亞單位腔內(nèi)亞單位輻A爪蟾卵母細胞核質(zhì)蛋白注射試驗，B電鏡下觀察到的膠體金顆粒通過核孔的運輸AB頭部尾部NLS胞質(zhì)核NLS是親核蛋白入核的必要條件核細胞質(zhì)細胞核細胞核NLS的作用熒光標記的T抗原滯留在胞質(zhì)中熒光標記的T抗原集中在核中胞質(zhì)側(cè)核質(zhì)側(cè)親核蛋白核輸入受體胞質(zhì)纖維核質(zhì)蛋白包被的膠體金顆粒胞質(zhì)纖維昆蟲唾液腺中的大mRNA分子被告血樣受害者血樣被告衣物上的血樣自然結(jié)構(gòu)，30nm的纖絲解聚后的串珠狀結(jié)構(gòu)核小體染色質(zhì)核酸酶部分降解的染色質(zhì)去除蛋白DNA片斷染色質(zhì)部分水解后通過密度梯度離心分離的不同組分染色質(zhì)的基本組成單位為含200bp的結(jié)構(gòu)凝膠電泳單體二體三體由X-射線晶體衍射(2.8A)所揭示的核小體三維結(jié)構(gòu)（引自K.Luger等，1997）a．通過DNA超螺旋中心軸所顯示的核小體核心顆粒8個組蛋白分子的位置；b．垂直與中心軸的角度所見到的核小體核心顆粒的盤狀結(jié)構(gòu)；c．半個核小體核心顆粒的示意模型，一圈DNA超螺旋（73bp）和4種核心組蛋白分子，每種組蛋白由3個α螺旋和一個伸展的N-端尾部組成。N-端尾部有序排列，參與核小體之間的相互作用，以形成螺線管等高級結(jié)構(gòu)。H2A.H2B

此段無核小體區(qū)域為核酸酶的敏感位點，是非組蛋白的結(jié)合位點，在基因表達調(diào)控中有重要作用。核小體宿主細胞中SV40的環(huán)狀DNA分子～5000bp,含～25個核小體在用微球菌核酸酶降解染色質(zhì)時，反應早期可得到166bp的片段，但不穩(wěn)定；進一步降解則得到146bp片段，比較穩(wěn)定。推測可能原因是失去H1后，DNA兩端各有10bp的DNA，易被核酸酶作用而降解。核小體的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)要點示意圖（引自B.Alberts等）高鹽處理1。DNA纏繞在核蛋白周圍時需壓縮，富含AT的結(jié)構(gòu)區(qū)域易于被壓縮；故AT集中在組蛋白八聚體的周圍，而GC則遠離；2。非組蛋白和DNA的特異結(jié)合，可以阻止核小體形成。非組蛋白支架染色質(zhì)著絲粒非組蛋白形成2個支架，它們在著絲粒處相連；每一染色單體占據(jù)一個；支架周圍為松展的DNA絲。一段DNA雙螺旋染色質(zhì)串珠結(jié)構(gòu)螺旋管螺旋管形成的復制環(huán)間期異染色質(zhì)染色體用H3標記的U顯示RNA合成部位(黑色顆粒)，可發(fā)現(xiàn)RNA鮮在異色質(zhì)區(qū)合成（白色區(qū)域）；異染色質(zhì)RNA合成部位巴氏小體花斑家貓的斑雜毛色，是由一小撮黃毛和一小撮黑毛混在一起形成的。所有花斑家貓都是雌貓，毛色基因位于X染色體上，其一對X上，一個含有黑毛基因，另外一個含有黃毛基因。在發(fā)育早期，細胞中的一條X染色體可隨機失活，形成鑲嵌的組織斑塊，發(fā)育成個體后黑黃兩色毛夾雜在一起，形成不同大小的斑點。中期染色體形態(tài)非重復的DNA序列姊妹染色單體去除組蛋白后的中期染色體核基質(zhì)中的DNA結(jié)合蛋白相互作用形成支架有絲分裂中染色體的折疊內(nèi)板著絲點結(jié)構(gòu)區(qū)域纖維冠動力蛋白驅(qū)動蛋白著絲點復