細(xì)胞核與遺傳信息的儲(chǔ)存

關(guān)于細(xì)胞核與遺傳信息的儲(chǔ)存

概述

第一節(jié)核被膜

第二節(jié)染色質(zhì)和染色體

第三節(jié)核仁

第四節(jié)核基質(zhì)

第五節(jié)細(xì)胞核的功能第六節(jié)細(xì)胞核與疾病內(nèi)容第2頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天概述3.是細(xì)胞生命活動(dòng)的調(diào)控中心一、細(xì)胞核最基本的功能1.貯存遺傳信息（DNA）2.復(fù)制、轉(zhuǎn)錄遺傳信息并指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成第3頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、細(xì)胞核的大小、形態(tài)、數(shù)目1.大小

生長(zhǎng)旺盛的細(xì)胞，如卵細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞核較大；分化成熟的細(xì)胞核較?。患?xì)胞核的大小用核質(zhì)比表示；核質(zhì)比=細(xì)胞核體積/細(xì)胞質(zhì)體積

核質(zhì)比大表示核大，核質(zhì)比小表示核小。第4頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.形態(tài)細(xì)胞核常位于細(xì)胞的中央,但也有偏向細(xì)胞一端的，如在脂肪細(xì)胞,核被脂滴擠到邊緣。細(xì)胞核的形態(tài)一般為圓形或橢圓形,但肌細(xì)胞核呈桿狀,嗜中性細(xì)胞核呈分葉狀。3.數(shù)目每個(gè)細(xì)胞通常只有一個(gè)核，但有些細(xì)胞為雙核甚至多核，如人的肝細(xì)胞(1~2)和骨骼肌細(xì)胞(多個(gè))。第5頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天核膜核仁染色質(zhì)核基質(zhì)細(xì)胞核的形態(tài)伴隨細(xì)胞的增殖過(guò)程呈現(xiàn)周期性的變化。處于間期的細(xì)胞核叫間期核。間期細(xì)胞核第6頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天

一、核膜的結(jié)構(gòu)外核膜（outernuclearmembrane)內(nèi)核膜（innernuclearmembrane)核周間隙（perinuclearspace)核孔（nuclearpores)核纖層（nuclearlamina)第一節(jié)核膜第7頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天（一）內(nèi)、外核膜和核周間隙第8頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天其表面附核糖體，形似粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng),并與其相通，膜可與胞質(zhì)中的某些微管、微絲相連起固定核位置的作用。外核膜外核膜第9頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天其內(nèi)表面有一層電子密度高的蛋白質(zhì)細(xì)絲附著，稱為核纖層。內(nèi)核膜核纖層

內(nèi)核膜第10頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天隙寬：20~40nm,充滿液態(tài)物質(zhì),為蛋白質(zhì)和酶。此間隙與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)有臨時(shí)通道，可進(jìn)行核—質(zhì)物質(zhì)交換。核周間隙核周間隙第11頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天核膜上的圓形小孔，是核—質(zhì)的通道，不與核周隙相通。核孔（二）核孔第12頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天Cytoplasmicface（胞質(zhì)面）第13頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天Nuclearface（核質(zhì)面）第14頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天胞質(zhì)顆粒胞質(zhì)環(huán)中央栓輻胞質(zhì)纖維核質(zhì)環(huán)

核孔復(fù)合體結(jié)構(gòu)模型核纖層第15頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天（1）gp210代表一類結(jié)構(gòu)性跨膜蛋白，為N連接甘露糖殘基寡糖修飾，位于核膜的“孔膜區(qū)”，在錨定核孔復(fù)合體的結(jié)構(gòu)上起重要作用。功能：

a.介導(dǎo)核孔復(fù)合體與核被膜的連接，為核孔復(fù)合體裝配提供起始位點(diǎn)。

b.在核質(zhì)交換功能活動(dòng)中起作用。第16頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天（2）p62代表一類功能性的核孔復(fù)合體蛋白。它帶有O連接N－乙酰葡萄糖胺殘基寡糖修飾。分兩個(gè)結(jié)構(gòu)域：

N端區(qū)：具有XFXFX形式的重復(fù)序列（F：苯丙氨酸），直接參與核質(zhì)交換。

C端區(qū)：具有疏水性的七肽重復(fù)序列，適合形成α-螺旋。與其他核孔復(fù)合體蛋白成分相互作用,將p62分子穩(wěn)定到核孔復(fù)合體上,為其N端進(jìn)行核質(zhì)交換活動(dòng)提供支持。第17頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天核孔復(fù)合體膜蛋白外膜內(nèi)膜

鑲

嵌

膜

蛋

白核周腔BBBBBBBACACACACACACAC核纖層染色質(zhì)（三）核纖層（nuclearlamina）第18頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天

由核纖層蛋白構(gòu)成，分別稱laminA、lamin

B、lamin.C。其中l(wèi)aminB與核內(nèi)膜上的鑲嵌蛋白結(jié)合在一起，laminA和laminC又掛靠著laminB，染色質(zhì)纖維一個(gè)或幾個(gè)部位與laminA和laminC連接在一起，核纖層蛋白還可以與核基質(zhì)中的蛋白質(zhì)形成聯(lián)接。核纖層（nuclearlamina）第19頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天Lamins（核纖層）第20頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天

1.支持和固定核膜，穩(wěn)定核的形狀。核纖層的外層與內(nèi)核膜的脂雙分子層中的特殊蛋白相結(jié)合，與維持核孔的位置和核被膜的形狀有關(guān)。核纖層的功能

2.對(duì)染色質(zhì)的有序排列起一定作用。核纖層蛋白與染色質(zhì)上的一些特殊位點(diǎn)相結(jié)合，與核基質(zhì)也相互連接，為染色質(zhì)提供了結(jié)構(gòu)支架，在維持染色質(zhì)高度有序性方面起重要作用。第21頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天前期：核纖層蛋白磷酸化，核纖層蛋白解聚成單體，導(dǎo)致核崩解、破裂。

3.參與核膜的解體和重建細(xì)胞有絲分裂末期：核纖層蛋白去磷酸化，使核膜重建。第22頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天Breakdownandreformationofnuclearenvelopeduringmitosis第23頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、核膜的功能（一）核膜為基因表達(dá)提供了時(shí)空隔離屏障

在真核細(xì)胞中，核膜的出現(xiàn)將胞核物質(zhì)與胞質(zhì)物質(zhì)限定在各自特定的區(qū)域，建立遺傳物質(zhì)穩(wěn)定的活動(dòng)環(huán)境，DNA復(fù)制、RNA的轉(zhuǎn)錄與蛋白合成有時(shí)空間隔，對(duì)真核細(xì)胞的進(jìn)一步演化具有重要意義。第24頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）核膜參與了生物大分子的合成

在外核膜的表面附著核糖體，所以可進(jìn)行蛋白質(zhì)的合成。通過(guò)免疫電鏡技術(shù)已證實(shí)，抗體的形成首先出現(xiàn)在核膜的外層。在核周間隙中存在多種結(jié)構(gòu)蛋白和酶類，它也能合成少量膜蛋白、脂質(zhì)。第25頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天（三）核質(zhì)之間的物質(zhì)運(yùn)輸

1.被動(dòng)擴(kuò)散無(wú)機(jī)離子和小分子物質(zhì)可以自由通過(guò)。2.主動(dòng)運(yùn)輸大分子物質(zhì)通過(guò)核孔復(fù)合體的主動(dòng)運(yùn)輸。第26頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天組蛋白，DNA聚合酶，RNA聚合酶，核糖體蛋白主動(dòng)運(yùn)輸RNA，核糖體亞基被動(dòng)運(yùn)輸012離子，小分子第27頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天1)親核蛋白質(zhì)的核輸入親核蛋白質(zhì)（karyophilicprotein)

在細(xì)胞質(zhì)中合成，運(yùn)到核內(nèi)執(zhí)行功能的蛋白質(zhì)。如DNA聚合酶、RNA聚合酶、組蛋白、核糖體蛋白等。

親核蛋白一般都含有特殊的氨基酸序列,保證了整個(gè)蛋白質(zhì)能夠通過(guò)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信號(hào)(nuclearlocalizationsignal,NLS）。第28頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天

NLS由4~8個(gè)氨基酸組成，不同的親核蛋白質(zhì)上的核定位信號(hào)不同，但都富含帶正電的賴氨酸和精氨酸，通常還有脯氨酸。這些信號(hào)可以位于親核蛋白質(zhì)的任何部位。在指導(dǎo)親核蛋白完成核輸入后不被切除。研究表明僅有核定位信號(hào)的蛋白質(zhì)自身不能通過(guò)核孔復(fù)合體，它必須通過(guò)和NLS受體結(jié)合才可通過(guò)核孔復(fù)合體，這種受體稱為輸入蛋白（importin）。輸入蛋白在被轉(zhuǎn)運(yùn)的親核蛋白質(zhì)與核孔復(fù)合體運(yùn)輸裝置之間作為一種接頭分子而起作用。第29頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天

Activetransport通過(guò)核孔攝取蛋白示意圖第30頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天輸入蛋白的作用方式①本身是核孔復(fù)合體組分之一結(jié)合親核蛋白質(zhì)直接轉(zhuǎn)運(yùn)到核內(nèi)；②作為一種停泊受體,在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)與NLS結(jié)合，然后把親核蛋白運(yùn)輸?shù)胶丝讖?fù)合體，再向核內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)；③作為一種穿梭受體，在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)與親核蛋白質(zhì)結(jié)合，一起穿過(guò)核孔復(fù)合體，在核內(nèi)解離，然后再返回細(xì)胞質(zhì)第31頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天ProcessofNuclearImport第32頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天2）RNA及核糖體亞基的核輸出膠體金顆粒tRNA或5SrRNA注入蛙卵核內(nèi)細(xì)胞質(zhì)RNP:ribonucleoproteinNES:(nuclearexportsignal)Exportin:transportreceptorwhichcanrecognizeNESandthencarryRNPsthroughnuclearenvelopetothecytoplasm.第33頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天

染色質(zhì)與染色體是由DNA、組蛋白、非組蛋白及RNA等組成的核蛋白復(fù)合體，是遺傳信息的載體。是同一種物質(zhì)在細(xì)胞周期的不同時(shí)期中所表現(xiàn)的兩種不同的存在形式。

染色質(zhì)是細(xì)胞間期核內(nèi)伸展開(kāi)的DNA蛋白纖維。染色體是高度螺旋化的DNA蛋白纖維，是在細(xì)胞分裂期看得見(jiàn)的可用染料染色的條狀結(jié)構(gòu)。第二節(jié)染色質(zhì)和染色體第34頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、染色質(zhì)的化學(xué)組成核酸蛋白質(zhì)成分DNARNA組蛋白非組蛋白所占比例10.05~0.110.5~1.5第35頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天（一）DNA單一序列（uniqueseq.)

中度重復(fù)序列（middlerepetitive

seq.)高度重復(fù)序列（highlyrepetitiveseq.)第36頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.單一序列（uniquesequence)

在基因組中僅有一個(gè)或幾個(gè)拷貝，負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)氨基酸組成的信息,以三聯(lián)體密碼方式進(jìn)行編碼。大多數(shù)編碼蛋白質(zhì)(酶)的結(jié)構(gòu)基因?qū)龠@種結(jié)構(gòu)形式。第37頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.中度重復(fù)序列（middlerepetitivesequence)

重復(fù)次數(shù)在10~105之間。多數(shù)是不編碼的序列，構(gòu)成基因的間隔序列，在基因調(diào)控中起重要作用，涉及DNA復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后加工等方面。有一些是有編碼功能的基因，如rRNA基因，tRNA基因，組蛋白的基因、核糖體蛋白的基因等。第38頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.高度重復(fù)序列（highlyrepetitivesequence)

由一些短的DNA序列呈串聯(lián)重復(fù)排列，一般為幾個(gè)、十幾個(gè)或幾十個(gè)bp，但重復(fù)拷貝數(shù)超過(guò)105，在染色體的端粒、著絲粒，構(gòu)成結(jié)構(gòu)基因的間隔，維系染色體結(jié)構(gòu)，與減數(shù)分裂中同源染色體聯(lián)會(huì)配對(duì)有關(guān)。第39頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）組蛋白

組蛋白是真核細(xì)胞染色質(zhì)的主要結(jié)構(gòu)蛋白，富含帶正電荷的精氨酸和賴氨酸，屬堿性蛋白質(zhì)。其含量恒定，在真核細(xì)胞中共有5種。第40頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天組蛋白的分類及特性

種類賴氨酸/精氨酸殘基數(shù)分子量

(kD)保守性存在部位及結(jié)構(gòu)作用H1存在于核心顆粒，形成核小體存在于核心顆粒，形成核小體存在于核心顆粒，形成核小體存在于核心顆粒，形成核小體29.0021523.0低高高極高極高H2AH2BH3H41.2212914.02.6612513.60.7713515.30.7910211.3存在于連接線上核小體蛋白，幫助DNA卷曲形成核小體第41頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天組蛋白的化學(xué)修飾乙酰化：可改變賴氨酸所帶的電荷，降低組蛋白與DNA的結(jié)合，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄的進(jìn)行。

磷酸化：同乙?；?/p>

甲基化：可增強(qiáng)組蛋白和DNA的相互作用，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄活性第42頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天（三）非組蛋白①酸性蛋白質(zhì)，帶負(fù)電荷,富含天門冬AA，谷AA等酸性AA②種類多

③具有種屬和組織特異性

④整個(gè)周期都能合成

特性第43頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天非組蛋白的功能

①參與構(gòu)建染色體②啟動(dòng)DNA的復(fù)制③調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄第44頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天第45頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、染色質(zhì)的類型第46頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天伸展?fàn)顟B(tài)，螺旋化程度低，用堿性染料染色時(shí)著色淺而均勻的染色質(zhì)。2.單一序列DNA和中度重復(fù)序列DNA，具有轉(zhuǎn)錄活性。3.大部分位于間期核的中央，一部分介于異染色質(zhì)之間。4.在細(xì)胞分裂期，常染色質(zhì)位于染色體的臂。

(一)常染色質(zhì)（euchromatin)

第47頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）異染色質(zhì)（heterochromatin)

1.螺旋化程度高，處于凝集狀態(tài)，堿性染料染色時(shí)著色較深。2.一般位于核的邊緣或圍繞在核仁的周圍。3.轉(zhuǎn)錄不活躍或無(wú)轉(zhuǎn)錄活性。4.可分為結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)和兼性異染色質(zhì)第48頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天組成性異染色質(zhì)（constitutiveheterochromatin)

在各種細(xì)胞類型的細(xì)胞周期中（除復(fù)制期外）都呈濃縮狀態(tài)，由高度重復(fù)的DNA序列構(gòu)成；在中期染色體上常位于染色體的著絲粒區(qū)，端粒區(qū)、次縊痕等部位；具有遺傳惰性，不轉(zhuǎn)錄也不編碼蛋白質(zhì)；在復(fù)制行為上，較常染色質(zhì)早聚縮晚復(fù)制。第49頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天兼性異染色性（facultativeheterochromatin)

在某些細(xì)胞類型或在一定發(fā)育階段，原來(lái)的常染色質(zhì)聚縮，喪失轉(zhuǎn)錄活性，變?yōu)楫惾旧|(zhì)。兼性異染色質(zhì)的總量隨細(xì)胞類型而變化，一般胚胎細(xì)胞含量少，高度分化的細(xì)胞含量較多，說(shuō)明隨著細(xì)胞分化，較多的基因漸次以聚縮狀態(tài)而關(guān)閉。因此，染色質(zhì)的壓縮折疊可能是關(guān)閉基因活性的一種途徑。第50頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天常、異染色質(zhì)的區(qū)別

常染色質(zhì)

異染色質(zhì)螺旋化程度低高染色

較淺較深

間期核中央核邊緣

分裂期染色體臂著絲粒區(qū)和端粒區(qū)

活性常轉(zhuǎn)錄很少轉(zhuǎn)錄

復(fù)制時(shí)間S早、中期S晚期第51頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天染色質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)：核小體染色質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)：螺線管染色質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)：超螺線管染色質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)：染色單體（一）染色質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)模型三、染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)與包裝第52頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.一級(jí)結(jié)構(gòu)

核小體是染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位，為染色質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)，

10nm。染色體的基本結(jié)構(gòu)-核小體第53頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天球狀組蛋白核心H4DNA雙螺旋(140-160bp、1.75圈）H3H4H3H2AH2AH2BH2BH4H3H3H4H2AH2AH2BH2B10nm連接DNA（60bp）H1H1核小體核心部連接部DNA分子：140~160bp、1.75圈組蛋白：2（H2A、H2B、H3、H4）八聚體組蛋白：H1DNA分子：60bp核小體第54頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.二級(jí)結(jié)構(gòu)

螺線管是染色質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)，6個(gè)核小體纏繞一圈形成的中空性管.

外30nm;內(nèi)10nm,組蛋白H1位于螺旋管內(nèi)側(cè)。染色質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)——螺線管第55頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天

內(nèi)10nm組蛋白H1第56頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.三級(jí)結(jié)構(gòu)超螺線管為染色質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)，它是由螺旋管進(jìn)一步盤曲而形成。4.四級(jí)結(jié)構(gòu)超螺線管進(jìn)一步折疊成為四級(jí)結(jié)構(gòu)—染色單體。（DNA分子長(zhǎng)度壓縮至1/8000~1/10000）。第57頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天第58頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）染色質(zhì)的袢環(huán)結(jié)構(gòu)模型(loopmodel)一、二級(jí)結(jié)構(gòu)與四級(jí)結(jié)構(gòu)模型一致：核小體（10nm），螺線管（30nm）30nm螺形成袢環(huán)第59頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天袢環(huán)模型（loopmodel）染色體支架（非組蛋白）袢環(huán)（

30nm螺線管）123456789101112131415161718第60頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天第61頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天四、染色體第62頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天（一）染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)染色單體次縊痕短臂（p）長(zhǎng)臂（q）隨體常染色質(zhì)區(qū)異染色質(zhì)區(qū)主縊痕（初級(jí)縊痕）第63頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天中期染色體按著絲粒的位置分為：

1/2~5/8中央著絲粒染色體5/8~7/8亞中著絲粒染色體7/8

近端著絲粒染色體中部亞中部近端部端部—末端處染色體的類型第64頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天主縊痕模式圖動(dòng)粒結(jié)構(gòu)域配對(duì)結(jié)構(gòu)域中心結(jié)構(gòu)域第65頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天隨體染色體的臂上凹陷縮窄形成次縊痕，與核仁的形成有關(guān)，稱為核仁組織區(qū)（NOR)。第66頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天端粒（telomere）第67頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天

生殖細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞含有端粒酶，可以使端?；謴?fù)原長(zhǎng)。

端粒是存在于染色體末端的特化部位。通常由一簡(jiǎn)單重復(fù)的序列組成,進(jìn)化上高度保守。可以保護(hù)染色體末端不被降解，并防止與其它染色體的末端融合。正常染色體每復(fù)制一次,端粒序列減少50~100個(gè)bp,因而端粒也被稱為細(xì)胞的生命鐘,當(dāng)端?？s短到一定程度，即是細(xì)胞衰老的標(biāo)志。端粒（telomere）第68頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天

端粒酶是一種由蛋白質(zhì)和RNA組成的核糖核蛋白酶。具有延長(zhǎng)端粒末端重復(fù)序列的功能，如果端粒酶活性喪失，端粒將逐漸縮短，從而導(dǎo)致細(xì)胞衰老。端粒酶端粒酶與端粒的關(guān)系第69頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天

2009年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給三名科學(xué)家，他們解決了生物學(xué)的一個(gè)重大問(wèn)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。第70頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天ElizabethH.Blackburn伊麗莎白-布萊克本CarolW.Greider卡羅爾-格雷德JackW.Szostak杰克-紹斯塔克UniversityofCalifornia

SanFrancisco,CA,USA美國(guó)加州大學(xué)舊金山分校JohnsHopkinsUniversitySchoolofMedicine

Baltimore,MD,USA巴爾的摩約翰-霍普金斯醫(yī)學(xué)院HarvardMedicalSchool;MassachusettsGeneralHospital

Boston,MA,USA;哈佛醫(yī)學(xué)院第71頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）染色體穩(wěn)定遺傳的功能序列第72頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天１.自主復(fù)制序列（autonomouslyreplicatingsequence,ARS）

是DNA復(fù)制的起點(diǎn)；均有一段保守序列：

200bp-A(T)TTTAT(C)A(G)TTTA(T)-200bp,

2.著絲粒序列(centromereDNAsequence,CEN)其功能是形成著絲粒，使細(xì)胞分裂中染色體能夠準(zhǔn)確地分離。由串聯(lián)重復(fù)序列組成；含有11個(gè)高度保守的堿基序列：-TGATTTCCGAA-，第73頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天

草履蟲的：TTGGGG

錐蟲的：TAGGG

擬南芥的：TTTAGGG

人的：TTAGGG3.端粒序列(telomericsequence,TEL)

不同生物的端粒序列都很相似，由長(zhǎng)5-10bp的重復(fù)單位串聯(lián)而成。第74頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天

①保證染色體末端的完全復(fù)制，端粒DNA提供復(fù)制線性DNA末端的模板。②在兩端形成保護(hù)性的帽結(jié)構(gòu)，使DNA免受核酸酶和其他不穩(wěn)定因素的破壞和影響。③在細(xì)胞的壽命、衰老和死亡中起作用。端粒的功能：第75頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天（三）人類的正常核型

一個(gè)體細(xì)胞（somaticcell）中的全部染色體，按其大小和形態(tài)特征排列所構(gòu)成的圖像。

1.核型（Karyotype）2.染色體的顯帶技術(shù)

用特殊的染色方法使染色體在其長(zhǎng)軸上顯出明暗交替或染色深淺不同的橫紋——帶（band）。第76頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天采血→接種→培養(yǎng)→秋水仙素處理→收集細(xì)胞→低滲→固定→制片→染色→觀察染色體標(biāo)本的制備3)羊水細(xì)胞培養(yǎng)及染色體標(biāo)本制備2)骨髓細(xì)胞染色體標(biāo)本制備1)人類外周血淋巴細(xì)胞培養(yǎng)及染色體標(biāo)本制備抽羊水最佳時(shí)間妊娠16～20周第77頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天顯帶技術(shù)整條顯帶局部顯帶Q帶：喹吖因或熒光染料G帶：Giemsa染色R帶：Q、G反帶高分辨帶C帶：著絲粒等區(qū)的異染色質(zhì)T帶：端粒N帶：NOR區(qū)酸性蛋白第78頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天（四）巨型染色體是一類形態(tài)特殊、體積巨大的染色體

在某些生物的細(xì)胞中，可以觀察到一些特殊的、體積巨大的染色體，被稱為巨型染色體（giantchromosome），包括燈刷染色體（lampbrushchromosome）和多線染色體（polytenechromosome）。第79頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天

燈刷染色體為一類普遍存在于魚類、兩棲類等動(dòng)物卵母細(xì)胞中、處于第一次減數(shù)分裂雙線期的染色體，它是一個(gè)二價(jià)體，包含4條染色單體。該類染色體中央存在由染色粒構(gòu)成的主軸，從染色粒向兩側(cè)伸出一系列對(duì)稱的側(cè)環(huán)，呈現(xiàn)“燈刷樣”形態(tài)。

1.燈刷染色體呈燈刷樣形態(tài)結(jié)構(gòu)第80頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天兩棲類卵母細(xì)胞中的燈刷染色體第81頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天

大部分DNA以染色粒形式存在，無(wú)轉(zhuǎn)錄活性，而側(cè)環(huán)是RNA轉(zhuǎn)錄活躍的區(qū)域，每一個(gè)側(cè)環(huán)往往是一個(gè)大的轉(zhuǎn)錄單位，或由幾個(gè)轉(zhuǎn)錄單位構(gòu)成，是一個(gè)固定的染色質(zhì)功能單位，常有新轉(zhuǎn)錄RNA結(jié)合其上。燈刷染色體側(cè)環(huán)上的RNA主要是mRNA，mRNA與蛋白質(zhì)結(jié)合形成無(wú)活性的RNP顆粒，這些顆粒存在于卵母細(xì)胞中，以便受精之后使用。因此燈刷染色體的形態(tài)與卵子發(fā)生過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)儲(chǔ)備密切相關(guān)。

第82頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.多線染色體是由多條染色體組成的結(jié)構(gòu)多線染色體存在于雙翅目昆蟲幼蟲的唾液腺、腸、氣管等組織細(xì)胞中，因染色體DNA多次復(fù)制但不分離，子染色體呈平行排列相互連接在一起，由此形成體積巨大的由多條染色體組成的結(jié)構(gòu)，即多線染色體，如果蠅唾液腺細(xì)胞的多線染色體。

第83頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天果蠅唾液腺細(xì)胞的多線染色體第84頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天

光鏡下多線染色體沿其縱軸可見(jiàn)一系列交替的帶與間帶，多數(shù)基因分布于帶上。果蠅發(fā)育中，多線染色體某些帶將膨大形成許多蓬松點(diǎn)，其上具有袢環(huán)樣結(jié)構(gòu)。每個(gè)袢環(huán)具有一個(gè)基因，隨著基因轉(zhuǎn)錄的進(jìn)行，袢環(huán)染色質(zhì)將逐漸由折疊狀態(tài)變?yōu)樯煺?，以適應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄。

同種屬不同個(gè)體間多線染色體的帶型基本一致，但不同種果蠅多線染色體的帶型差異很大，研究發(fā)現(xiàn)帶型與基因有關(guān)。多線染色體并非細(xì)胞內(nèi)的惰性結(jié)構(gòu)，而是動(dòng)態(tài)的，含有許多在發(fā)育的特定階段形成的蓬松點(diǎn)區(qū)域，是DNA轉(zhuǎn)錄成RNA的結(jié)果。第85頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天核仁(nucleolus)第三節(jié)核仁第86頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天核仁電鏡照片第87頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天光鏡：核仁通常是勻質(zhì)的球體，具較強(qiáng)的折光性，易被酸性或堿性染料著色電鏡：核仁裸露無(wú)膜、由纖維絲構(gòu)成，包括纖維成分、顆粒成分、核仁相隨染色質(zhì)和核仁基質(zhì)。一、核仁的結(jié)構(gòu)第88頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天核仁相隨染色質(zhì)核仁周圍染色質(zhì)：核仁內(nèi)染色質(zhì)

：包圍在核仁周圍的染色質(zhì)，高度螺旋，屬異染色質(zhì)。伸入核仁內(nèi)的染色質(zhì)，處于非螺旋狀態(tài)，屬常染色質(zhì)，載有rRNA基因（rDNA）,此段DNA稱核仁組織區(qū)（NOR）,它是形成核仁的部位。第89頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天直徑5～8nm，多在核仁的中心部位。可被RNA酶和蛋白酶消化，故纖維成分為RNA與蛋白質(zhì)的復(fù)合物，它可在核仁內(nèi)構(gòu)成海綿狀網(wǎng)架。

纖維中心和致密纖維組份顆粒成份核仁的周邊部分，電子密度較高，顆粒直徑15～20nm，為核糖體的前體。核仁基質(zhì)低電子密度、無(wú)定形的蛋白質(zhì)物質(zhì)，為上述三種結(jié)構(gòu)的存在環(huán)境。第90頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、核仁的形成

核仁隨細(xì)胞的周期性變化而變化，而核仁染色體的凝集（前期）與解凝集（末期），決定核仁的消失和重現(xiàn)。核仁組織區(qū)（nucleolarorganizerregionNOR)

人類有5對(duì)染色體上存在核仁組織區(qū)，它們都是短臂上帶有隨體的染色體（D組：13、14、15；G組：21、22）這些染色體稱核仁染色體。其短臂末端與隨體之間有染色質(zhì)細(xì)絲相連（DNA袢環(huán)），含rRNA基因，可指導(dǎo)rRNA的合成。第91頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天核膜核仁含有rDNA的10個(gè)伸展的間期染色體袢環(huán)進(jìn)入核仁中第92頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天

間期有1~2個(gè)或多個(gè)核仁。分裂前期染色質(zhì)濃縮、rRNA合成停止，rDNA袢環(huán)逐漸縮回到染色體，核仁消失。分裂末期染色體解旋，rDNA伸展，合成rRNA，組建成新的核仁。第93頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、核仁的功能合成、加工rRNA和裝配核糖體亞基的重要場(chǎng)所。（一）rRNA合成和加工定位在核仁組織區(qū)（NOR）的rDNA呈串狀重復(fù)排列（中度重復(fù)順序）第94頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天第95頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天rDNArRNA轉(zhuǎn)錄單位3nm間隔片段轉(zhuǎn)錄的起點(diǎn)轉(zhuǎn)錄的終點(diǎn)RNA聚合酶蛋白質(zhì)顆粒rDNA轉(zhuǎn)錄rRNA(45SrRNA前體、纖維狀)顆粒狀（18s5.8s28srRNA、蛋白質(zhì)顆粒）剪切、加工加工、包裝核糖體的亞基第96頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天

核仁是裝配核糖體大小亞基的場(chǎng)所，核糖體的大小亞基在核仁中裝配成熟后，通過(guò)核孔轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)中，形成有功能的核糖體。（二）核糖體亞基的組裝45SrRNA核糖體蛋白共同加工裝配第97頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天核仁在核糖體合成和組裝中的作用第98頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天狹義：核基質(zhì)(nuclearskeleton)核骨架廣義：包括核基質(zhì)、核纖層、核孔復(fù)合體結(jié)構(gòu)體系、染色體骨架

核基質(zhì)又稱核骨架（nuclearskeleton）第四節(jié)核基質(zhì)第99頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天

真核細(xì)胞核內(nèi)除去核膜、核纖層、染色質(zhì)與核仁以外的一個(gè)以纖維蛋白成分為主的精密網(wǎng)架體系。核基質(zhì)充滿整個(gè)核內(nèi)空間。核基質(zhì)(innernulearmatrix)一、形態(tài)結(jié)構(gòu)和基本組分第100頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天核基質(zhì)基本組分(非組蛋白性質(zhì))纖維蛋白核基質(zhì)蛋白是各種類型細(xì)胞共有的蛋白質(zhì)核基質(zhì)結(jié)合蛋白是與細(xì)胞類型及分化程度相關(guān)的蛋白質(zhì)RNA：RNA與蛋白質(zhì)結(jié)合成RNP復(fù)合物

DNA：可能是染色質(zhì)殘余部分

第101頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、核基質(zhì)的功能（一）與DNA復(fù)制有關(guān)(DNA復(fù)制位點(diǎn)結(jié)合于核基質(zhì)上)體外培養(yǎng)的3T3成纖維細(xì)胞大鼠再生肝細(xì)胞3H-TdR進(jìn)行脈沖標(biāo)記分離核基質(zhì)30分鐘內(nèi)，發(fā)現(xiàn)與核基質(zhì)緊密結(jié)合的DNA中有90%是新合成的DNA。第102頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天(二）參與基因表達(dá)的調(diào)控3H-尿核苷脈沖標(biāo)記Hela細(xì)胞95%以上的放射性存在于核基質(zhì)上

1.核基質(zhì)與基因轉(zhuǎn)錄活性說(shuō)明RNA是在核基質(zhì)上進(jìn)行合成的第103頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天Volgestin等(1983)用雌激素刺激雞輸卵管細(xì)胞中卵清蛋白基因的表達(dá)。發(fā)現(xiàn)只有活躍轉(zhuǎn)錄的卵清蛋白基因才能結(jié)合于核基質(zhì)上，而不轉(zhuǎn)錄的β珠蛋白基因不結(jié)合。

Hentzen等(1984)報(bào)道了成紅細(xì)胞中正在轉(zhuǎn)錄的β－珠蛋白基因結(jié)合于核基質(zhì)上。上述實(shí)驗(yàn)表明，具有轉(zhuǎn)錄活性的基因結(jié)合在核基質(zhì)上，核基質(zhì)上有RNA聚合酶的結(jié)合位點(diǎn)。

第104頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.核基質(zhì)與hnRNA的加工Ciejek(1982)等以小雞輸卵管細(xì)胞為材料，在-20℃低溫條件下（降低內(nèi)源核糖核酸酶活性）分離出核基質(zhì)，發(fā)現(xiàn)所有的卵清蛋白和卵黏蛋白mRNA的前體都僅存在于核基質(zhì)中。有人則具體指出hnRNA上的polyA區(qū)可能就是hnRNA在核基質(zhì)中的附著點(diǎn)。第105頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天（三）參與DNA的包裝與染色體的構(gòu)建(染色體“袢環(huán)”模型)

（四）核基質(zhì)與病毒復(fù)制核內(nèi)病毒的發(fā)生與核基質(zhì)相關(guān)。單純皰疹病毒核衣殼在核基質(zhì)上裝配。腺病毒的hnRNA在拼接過(guò)程中能與核基質(zhì)結(jié)合。腺病毒（核內(nèi)DNA病毒）的復(fù)制和裝配與核基質(zhì)關(guān)系密切。第106頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天

一方面它是遺傳信息的主要貯存庫(kù)，整套的遺傳信息貯存在細(xì)胞核內(nèi)。在細(xì)胞分裂周期中，這些遺傳信息可通過(guò)復(fù)制傳遞給下一代細(xì)胞。另一方面，遺傳信息表達(dá)時(shí)，帶有指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成信息的mRNA，以及在蛋白質(zhì)合成中起重要作用的rRNA和tRNA都來(lái)自于細(xì)胞核。細(xì)胞核的功能主要有兩個(gè)方面：第五節(jié)細(xì)胞核的功能第107頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、貯存、傳遞遺傳信息第108頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天

DNA分子合成一個(gè)與自己相同的DNA分子的過(guò)程。其結(jié)果DNA含量增加一倍。1.DNA復(fù)制(replication)DNA復(fù)制的基本形式和過(guò)程DNA復(fù)制的特點(diǎn)半保留性半不連續(xù)性第109頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天T—AA—TG—CC—GT—AA-TA-TA—TC—GG—CG—CA-TTATAATCGGCTATAAA

C

G

CTTGCG半保留復(fù)制CGGCATATAA

C

G

CTTGCGA—TG—CAAA-TA-TA—TC—GC—GG—CG—CA—TTTA—TG—CC—GA-TA-TA—TC—GG—CG—CA-TA—TG—CT—AC—GT—AA-TA-TA—TC—GG—CG-C第110頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天5

3

5

3

復(fù)制起始點(diǎn)復(fù)制叉5

3

5

3

5

3

5

3

復(fù)制起始點(diǎn)復(fù)制叉先導(dǎo)鏈后導(dǎo)鏈（延遲鏈）RNA引物崗崎片段第111頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)錄(transcription)：以DNA分子為模板，在RNA聚合酶作用下合成RNA的過(guò)程。2.基因的轉(zhuǎn)錄第112頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)胞核的功能是由其各部分共同完成的。二、指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成DNA分子攜帶遺傳信息；DNA復(fù)制和mRNA、tRNA以及5SrRNA的轉(zhuǎn)錄在核基質(zhì)進(jìn)行；核仁合成大部分rRNA并把它們和其他成分一起裝配成糖體的大、小亞基；核膜調(diào)節(jié)核—質(zhì)間的物質(zhì)交換。第113頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天DNARNA聚合酶IIIIIIhnRNA45SrRNA5SrRNAtRNA剪接、戴帽加尾18SrRNA28SrRNA5.8SrRNA小亞基大亞基mRNAPro.合成信息核糖體Pro.合成場(chǎng)所AA-tRNA復(fù)合物Pro.合成中的轉(zhuǎn)運(yùn)第114頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天DNA分子在誘變因子直接或間接的作用下，會(huì)發(fā)生堿基組成或排列順序的變化，從而導(dǎo)致遺傳信息的改變。在體細(xì)胞發(fā)生的DNA損傷可能影響其功能或生存，而在生殖細(xì)胞發(fā)生的則可能影響到后代。

盡管環(huán)境中各種因素可對(duì)生物體內(nèi)的DNA分子結(jié)構(gòu)造成損傷，但生物體仍然保持了遺傳穩(wěn)定性。這是因?yàn)镈NA損傷后可通過(guò)細(xì)胞內(nèi)的DNA修復(fù)系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)。

三、損傷的DNA分子通過(guò)DNA修復(fù)系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)第115頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天DNA損傷修復(fù)的方式1.光修復(fù)2.切除修復(fù)3.重組修復(fù)4.SOS修復(fù)第116頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.光修復(fù)是最早發(fā)現(xiàn)的DNA修復(fù)方式

光修復(fù)(photo-repair)是由光修復(fù)酶（photolyase）完成的，此酶能特異性識(shí)別紫外線造成的核酸鏈上相鄰嘧啶共價(jià)鍵結(jié)合的二聚體，并與其結(jié)合，這步反應(yīng)不需要光；結(jié)合后如受300～600nm波長(zhǎng)的光照射，則此酶就被激活，將二聚體分解為兩個(gè)正常的嘧啶單體，然后酶從DNA鏈上釋放，DNA恢復(fù)正常結(jié)構(gòu)。具體過(guò)程如圖第117頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天光修復(fù)過(guò)程示意圖第118頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天①為完整的DNA分子區(qū)段。②UV照射形成T＝T，DNA空間構(gòu)型改變。③光修復(fù)酶識(shí)別DNA損傷部位并與之結(jié)合，形成酶-DNA復(fù)合體。④在光作用下，修復(fù)酶被激活，使嘧啶二聚體分開(kāi)。⑤酶-DNA復(fù)合體解體，酶釋放，DNA恢復(fù)正常構(gòu)型，光修復(fù)過(guò)程完成。

光修復(fù)主要是低等生物的一種修復(fù)方式，后來(lái)發(fā)現(xiàn)類似的修復(fù)酶廣泛存在于動(dòng)植物中。

第119頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.切除修復(fù)是細(xì)胞內(nèi)DNA損傷修復(fù)最重要的方式

切除修復(fù)（excisionrepair），普遍存在于各種生物細(xì)胞中，對(duì)無(wú)堿基位點(diǎn)、嘧啶二聚體、堿基烷基化、單鏈斷裂等多種DNA損傷都能起修復(fù)作用。切除修復(fù)發(fā)生在復(fù)制之前，在這種修復(fù)過(guò)程中光不起作用，但需要核酸內(nèi)切酶、DNA聚合酶和連接酶等的參與。

如果切除修復(fù)系統(tǒng)有缺陷，例如人的著色性干皮病患者由于缺少核酸內(nèi)切酶，對(duì)紫外線特別敏感，該病患者不能切除紫外線誘發(fā)的T=T，導(dǎo)致突變積累，易患基底細(xì)胞癌。第120頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天

修復(fù)過(guò)程主要有以下幾個(gè)階段：①已經(jīng)形成嘧啶二聚體的DNA分子片段②由核酸酶識(shí)別DNA的損傷位點(diǎn)，在損傷部位的5′端切開(kāi)磷酸二酯鍵。不同的DNA損傷需要不同的特殊核酸內(nèi)切酶來(lái)識(shí)別和切割。③由5′→3′核酸外切酶將損傷的DNA片段切除。④在DNA聚合酶的作用下，以完整的互補(bǔ)鏈為模板，按5′→3′方向合成新的DNA片段，填補(bǔ)已切除的空隙。⑤由DNA連接酶將新合成的DNA片段與原來(lái)的DNA斷鏈連接起來(lái)，完成修復(fù)過(guò)程。第121頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天嘧啶二聚體的切除修復(fù)示意圖第122頁(yè),共132頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.重組修復(fù)應(yīng)用DNA重組方式完成修復(fù)過(guò)程

又稱復(fù)制后修復(fù)（postreplicationrepair）。