細胞核和染色體

關(guān)于細胞核和染色體原核細胞的核物質(zhì)分布在細胞質(zhì)中相對集中的區(qū)域。真核生物的核物質(zhì)包裹在核膜中具有相對穩(wěn)定的環(huán)境，對于細胞中各種活動有條不紊地進行是有利的。這是生命的進化。細胞核的作用：貯存、復制、轉(zhuǎn)錄遺傳物質(zhì)、和調(diào)節(jié)控制細胞各種功能。細胞的活動有周期性，分為分裂間期和分裂期。分裂間期的細胞核又叫做間期核。數(shù)目:通常一個，成熟的篩管和哺乳動物紅細胞（0）、肝細胞、心肌細胞(1-2）、破骨細胞(6~50）、骨骼肌細胞(數(shù)百）、植物氈絨層細胞(2~4)。細胞核第2頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)：細胞核結(jié)構(gòu)1.核被膜與核孔復合體2.核仁3.染色質(zhì)和染色體的分子結(jié)構(gòu)4.其它第3頁,共45頁，2024年2月25日，星期天細胞核的形狀：

常見的為球形、卵形①核被膜②核仁③核基質(zhì)④染色質(zhì)⑤核液第4頁,共45頁，2024年2月25日，星期天細胞核的結(jié)構(gòu)核膜核仁染色質(zhì)雙層膜核孔：1、折光性較強易辨認2、細胞增殖時，周期性的消失和重建成分：DNA+蛋白質(zhì)高度螺旋化，縮短變粗解螺旋，變細變長染色體易被堿性溶液染成深色染色質(zhì)核孔核膜核仁染色質(zhì)大分子物質(zhì)進出的通道物質(zhì)交換細胞核第5頁,共45頁，2024年2月25日，星期天1.核被膜是細胞核最外層的兩層膜結(jié)構(gòu)

外核膜：常附有核糖體

內(nèi)核膜核周腔：兩層核膜之間的空隙，寬15～30nm。

核孔復合物核纖層：核膜內(nèi)表面，

厚30～160nm

中間纖維

核纖肽

保持核的形態(tài)參與染色質(zhì)和核的組裝（核纖層被磷酸化，核膜解體）gp210第6頁,共45頁，2024年2月25日，星期天核孔復合物(NPC)

直徑為80~120nm中間通道直徑僅9×15nmfish-trap結(jié)構(gòu)

外經(jīng)120nm呈8面對稱plug-中央運輸?shù)鞍譙poke-8個輻條

ring-核質(zhì)環(huán)胞質(zhì)環(huán)

籃

第7頁,共45頁，2024年2月25日，星期天核被膜的功能物質(zhì)運輸通道維持細胞核內(nèi)環(huán)境染色體和核內(nèi)酶分子的支架和固著部位第8頁,共45頁，2024年2月25日，星期天

幾種核定位信號的結(jié)構(gòu)

第9頁,共45頁，2024年2月25日，星期天含有豐富亮氨酸核輸出信號的貨物蛋白的輸出模型

第10頁,共45頁，2024年2月25日，星期天核輸入蛋白：

α亞基可與親核蛋白、β亞基可與核孔復合體結(jié)合在胞質(zhì)溶膠中，核輸入蛋白與親核蛋白的核定位信號識別、結(jié)合形成轉(zhuǎn)運蛋白復合體Ran蛋白：是一個小G蛋白在胞質(zhì)中Ran-GTPRan-GDPRan核苷轉(zhuǎn)換蛋白Ran-GTP與轉(zhuǎn)運復合體結(jié)合，釋放親核蛋白；在核中Ran-GTPRan-GDPRanGAP第11頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.核仁核仁核仁染色質(zhì)纖維成分顆粒成分核仁基質(zhì)非膜性結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)：80%RNA:11%①結(jié)構(gòu)第12頁,共45頁，2024年2月25日，星期天纖維中心:是rRNA基因rDNA的存在部位致密纖維成分:5nm細絲，可被RNA酶和蛋白酶消化故纖維成分為RNA顆粒成分:位于核仁的周邊部分，電子密度較高，顆粒

15~20nm。為核糖體前體。與蛋白質(zhì)的復合物，它可在核仁內(nèi)構(gòu)成海綿狀網(wǎng)架核仁染色質(zhì)。核仁周圍染色質(zhì)：包圍在核仁周圍的染色質(zhì)，高度螺旋，屬異染色質(zhì)。

核仁內(nèi)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)，它是形成核仁的部位。核仁基質(zhì):低電子密度、無定形的蛋白質(zhì)液體物質(zhì)。第13頁,共45頁，2024年2月25日，星期天②核仁的主要功能轉(zhuǎn)錄rRNA組裝核糖體的大小亞基第14頁,共45頁，2024年2月25日，星期天核仁周期：核仁隨細胞周期的進行而呈現(xiàn)周期性變化（形成和消失）。間期細胞有1~2個或多個核仁。分裂期染色質(zhì)濃縮、rRNA合成停止，rDNA袢環(huán)逐漸縮回到染色體，核仁縮小繼而消失。細胞分裂期后末期核仁組織者染色體解旋，rDNA伸展成袢樣，在酶的作用下合成rRNA，經(jīng)積累和包裝rDNA袢環(huán)周圍又組建成新的核仁。核仁（有）核仁（消失）核仁（再現(xiàn)）③

核仁組織者區(qū)和分裂后核仁的重新裝配第15頁,共45頁，2024年2月25日，星期天核基質(zhì)核基質(zhì)：光鏡下見到的核內(nèi)膠狀物，為核內(nèi)的網(wǎng)絡系統(tǒng)——核骨架。核基質(zhì)還應包括核纖蛋白和核孔復合體?；瘜W成分蛋白質(zhì)（90%）：少量RNA和DNA主要是非組蛋白的纖維蛋白，相當部分為含硫蛋白，分子量40~60KD.第16頁,共45頁，2024年2月25日，星期天3.染色質(zhì)和染色體的分子結(jié)構(gòu)第17頁,共45頁，2024年2月25日，星期天①

染色質(zhì)DNA真核細胞的DNA是線狀分子特點:基因組龐大；基因序列僅占10%；相同序列反復出現(xiàn)；大部分基因中有內(nèi)含子；

基因表達調(diào)控蛋白多數(shù)結(jié)合于DNA的大溝部位。染色質(zhì)（chromatin）指間期細胞核內(nèi)由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA組成的線性復合結(jié)構(gòu),是間期細胞遺傳物質(zhì)存在的形式。染色體(chromosome):

指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)。第18頁,共45頁，2024年2月25日，星期天

①異染色質(zhì)(濃縮染色質(zhì)、非功能性染色質(zhì)):②常染色質(zhì)(伸展染色質(zhì)、功能性染色質(zhì)):高度螺旋和盤曲、染色深、功能上不很活躍。結(jié)構(gòu)疏松處于伸展狀態(tài)、染色淺、功能上活躍。染色質(zhì)染色質(zhì)的種類第19頁,共45頁，2024年2月25日，星期天中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)根據(jù)著絲粒位點不同,分為四種:①中著絲染色體(metacentric)②近中著絲染色體(submetacentric)③近端著染色體(acrocentric)④端著絲染色體(telocentric)第20頁,共45頁，2024年2月25日，星期天長度為0.2～50μm,一般為1～10μm。著絲粒

-連接兩個染色單體

動粒（著絲點）-主縊痕處兩個染色單體外側(cè)表層部位的特殊結(jié)構(gòu)，它與仿錘絲微管相接觸。主縊痕-DNA含量少,染色很淺或不著色。次縊痕-位置相對穩(wěn)定，數(shù)目、位置和大小是鑒定染色體個別性的一個顯著特征。隨體

-位于染色體末端的,是識別染色體的主要特征之一.

端粒-特化部分，末端有粘性，高度保守，哺乳類的序列為GGGTTA②

中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)

第21頁,共45頁，2024年2月25日，星期天為確保染色體的復制和穩(wěn)定遺傳，染色體具有3個基本元素:①自主復制序列(autonomouslyreplicatingDNAsequence,ARS)②著絲粒序列(centromereDNAsequence,CEN)③端粒序列(telomereDNAsequence,TEL)。染色體DNA的三種功能元件:第22頁,共45頁，2024年2月25日，星期天①自主復制序列(ARS)

是DNA復制的起點.大多數(shù)具有一個11-14bp;富含AT的共有序列（ARSconsensussequence,ACS）。②著絲粒序列(centromereDNAsequence,CEN)

不同來源的CEN的共同特點是具有兩個彼此相鄰的核心區(qū):一個是80-90bp的AT區(qū)，另一個是11bp的保守區(qū)。CEN由大量串聯(lián)的重復序列組成，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.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。真核細胞染色體端粒的重復序列不是染色體DNA復制時連續(xù)合成的，而是由端粒酶（telomerase）合成后添加到染色體末端。端粒酶是一種核糖核蛋白復合物，具有逆轉(zhuǎn)錄酶的性質(zhì)，以物種專一的內(nèi)在RNA為模板，把合成DNA的添加到染色體的3‘端。③端粒序列(telomereDNAsequence,TEL)第23頁,共45頁，2024年2月25日，星期天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，正常體細胞染色體缺乏端粒酶活性，故隨細胞分裂而變短，細胞隨之衰老。人的生殖細胞和部分干細胞染色體具有端粒酶活性，所以人的生殖細胞染色體末端比體細胞染色體末端長幾千個bp。腫瘤細胞和永生細胞系具有端粒酶的活性。第24頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)：細胞核化學組成染色質(zhì)DNA2.DNA結(jié)合蛋白質(zhì)3.RNA4.其它RNA、非組蛋白含量不同DNA、組蛋白含量穩(wěn)定（1:1）第25頁,共45頁，2024年2月25日，星期天DNA經(jīng)四級包裝形成染色體染色質(zhì)DNA第26頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.DNA結(jié)合蛋白質(zhì)①組蛋白-與DNA非特異性結(jié)合②非組蛋白-與DNA特異性結(jié)合第27頁,共45頁，2024年2月25日，星期天①組蛋白帶正電荷，含Arg，Lys，屬堿性蛋白，共5種:核心組蛋白（corehistone）：H2A、H2B、H3、H4（將DNA分子盤繞成核小體);連接組蛋白（linkerhistone）：H1（染色質(zhì)極性

）。核小體（nucleosome）:一種串珠狀結(jié)構(gòu)，由核心顆粒和連結(jié)線DNA兩部分組成。核小體單位包括約200bp的DNA、一個組蛋白核心和一個H1。功能：參與染色體的構(gòu)建；維持染色體結(jié)構(gòu)；調(diào)節(jié)DNA的復制和轉(zhuǎn)錄。第28頁,共45頁，2024年2月25日，星期天由H2A、H2B、H3、H4各兩分子形成八聚體，構(gòu)成核心顆粒；DNA分子以左手螺旋纏繞在核心顆粒表面，每圈80bp，共1.75圈，約146bp，兩端被H1鎖合；相鄰核心顆粒之間為一段60bp的連接線DNA。核小體結(jié)構(gòu)特點第29頁,共45頁，2024年2月25日，星期天從DNA到染色體第30頁,共45頁，2024年2月25日，星期天從DNA到染色體第31頁,共45頁，2024年2月25日，星期天②非組蛋白序列特異性DNA結(jié)合蛋白。特性:帶負電，屬酸性蛋白,富含天門冬氨酸、谷氨酸等酸性氨基酸。整個細胞周期都合成，組蛋白只在S期合成。能識別特異DNA序列，結(jié)合與氫鍵和離子鍵。功能:幫助DNA折疊、復制；調(diào)節(jié)基因表達。第32頁,共45頁，2024年2月25日，星期天非組蛋白與DNA結(jié)合方式:α

螺旋-轉(zhuǎn)角-α

螺旋結(jié)構(gòu)(H-T-Hmotif)α

螺旋-環(huán)-α

螺旋結(jié)構(gòu)(H-L-Hmotif)亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)(Lucinezippermotif)鋅指結(jié)構(gòu)(Zincfingermotif)非組蛋白常常是通過磷酸化與DNA結(jié)合調(diào)節(jié)基因表達第33頁,共45頁，2024年2月25日，星期天LucinezippermotifH-L-HmotifZincfingermotif(Cys-cys-his-his)第34頁,共45頁，2024年2月25日，星期天tRNA、rRNA、mRNA、snRNA（核內(nèi)小RNA);含量不到DNA量的10%。3.RNA第35頁,共45頁，2024年2月25日，星期天核蛋白:核內(nèi)核酸（DNA和RNA）與蛋白質(zhì)結(jié)合形成的超大分子復合物。少量的水、無機鹽、脂類（磷脂+蛋白質(zhì)脂蛋白）。4.其它第36頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)：細胞核功能1.遺傳物質(zhì)儲存和復制的主要場所2.細胞遺傳特性和代謝活動的控制中心第37頁,共45頁，2024年2月25日，星期天染色質(zhì)包裝的多級螺旋模型

一級結(jié)構(gòu)：核小體10nm

二級結(jié)構(gòu)：螺線管30nm三級結(jié)構(gòu)：超螺線管700nm四級結(jié)構(gòu)：染色單體壓縮5倍DNA核小體螺線管超螺線管壓縮7倍壓縮6倍壓縮40倍染色單體第38頁,共45頁，2024年2月25日，星期天一級結(jié)構(gòu)：核小體是染色質(zhì)的基本組成單位，為染色質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)，

10nm。

將DNA分子長度壓縮10倍。染色質(zhì)的包裝第39頁,共45頁，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）H3H4H3H2AH2AH2BH2BH4H3H3H4H2AH2AH2BH2B

10nm連接DNA（50-60bp）

H1

H1核小體核心部連接部DNA分子:140-160bp、1.75圈組蛋白:H1DNA分子:50—60bp八聚體核小體組蛋白:2（H2A、H2B、H3、H4）第40頁,共45頁