第八章细胞核和染色体优质授课课件

第八章细胞核和染色体第八章细胞核和染色体1优选第八章细胞核和染色体优选第八章细胞核和染色体2内核膜（innernuclearmembrane），有特有的蛋白成分RNA聚合酶I转录的rRNA分子：以RNP的形式离开细胞核；着丝粒：将两个染色单体连接在一起，并把染色体分成两个臂。◆概念：指间期核内染色质纤维折叠压缩程度高,处于聚缩状态,用碱性染料染色时着色深的那些染色质。穿梭于核质之间行驶功能。穿梭于核质之间行驶功能。染色质包装的多级螺旋模型数量：哺乳动物细胞中平均含有3000个核孔◆由H2A、H2B、H3、H4各两分子形成八聚体，构成核心颗粒。环带亚单位（annularsubunit）◆组成：单一序列DNA和中度重复序列DNA④带和间带：光镜下观察到明暗相间的带纹。◆存在：灯刷染色体普遍存在于动物界的卵母细胞，两栖类卵母细胞的灯刷染色体最典型（非特异性结合）；1848年，Hofmeister从鸭跖草的小孢子母细胞中发现染色体。内核膜（innernuclearmembrane），有3第一节核被膜与核孔复合体

●核被膜●核孔复合体（nuclearporecomplex，NPC）第一节核被膜与核孔复合体4一、核被膜的结构组成一、核被膜的结构组成5◆外核膜（outernuclearmembrane），胞质面附有核糖体，是特殊的内质网（ER）内核膜（innernuclearmembrane），有特有的蛋白成分◆核周间隙（perinuclearspace），与内质网相通核孔（nuclearpore），内外膜融合的部位◆核纤层（nuclearlamina），内核膜核质面的一层纤维蛋白构成的网络状◆外核膜（outernuclearmembrane），胞6第八章细胞核和染色体优质授课课件7第八章细胞核和染色体优质授课课件8核被膜的功能构成核、质之间的天然选择性屏障避免生命活动的彼此干扰，使生命活动更加井然有序保护DNA不受细胞骨架运动所产生的机械力的损伤核质之间的物质交换与信息交流核被膜的功能构成核、质之间的天然选择性屏障9二、核孔复合体（NPC）概述：组成：多种不同的蛋白组成的数量：哺乳动物细胞中平均含有3000个核孔

细胞核活动旺盛的细胞中数目多结构：电镜下圆形或者八角形，fish-trap二、核孔复合体（NPC）概述：10第八章细胞核和染色体优质授课课件11（一）结构模型（一）结构模型12胞质环（cytoplasmicring），外环核质环（nuclearring），内环辐（spoke） 柱状亚单位（columnsubunit） 腔内亚单位（luminalsubunit） 环带亚单位（annularsubunit）中央栓（centralplug）：transporter胞质环（cytoplasmicring），外环13第八章细胞核和染色体优质授课课件141848年，Hofmeister从鸭跖草的小孢子母细胞中发现染色体。内核膜（innernuclearmembrane），有特有的蛋白成分转录的RNA需加工、修饰成为成熟的RNA分子后才能被转运出核。三、染色质包装的结构模型带分布在整条染色体上，如G、Q、R带等着丝粒：将两个染色单体连接在一起，并把染色体分成两个臂。核输出序列（nuclearexportsignal，NES）人类Q带核型，Q带显示的带纹与G带相似DNA二级结构的类型：B-DNA、A-DNA、Z-DNA兼性异染色质腔内亚单位（luminalsubunit）二、染色体DNA的三种功能元件内核膜（innernuclearmembrane），有特有的蛋白成分类型：进入核之后一直滞留在其中执行功能；◆由H2A、H2B、H3、H4各两分子形成八聚体，构成核心颗粒。（二）核孔复合体成分的研究核孔复合体主要由蛋白质构成，推测有100余种不同的多肽，共1000多个蛋白质分子。

gp210：结构性跨膜蛋白

p62：功能性蛋白，具有两个功能结构域1848年，Hofmeister从鸭跖草的小孢子母细胞中发现15（三）核孔复合体的功能核孔复合体是双功能（被动扩散和主动运输）、双向性（入核和出核）的亲水性核质交换通道。（三）核孔复合体的功能核孔复合体是双功能（被动扩散和主动运输16被动运输（passivetransport）允许条件：一般直径10nm以下的分子；60KD以下的蛋白注：有的则由于含有信号序列或者和其它的分子结合成大分子而不能自由出入核孔复合体（组蛋白21KD）。被动运输（passivetransport）允许条件：一般17DNA二级结构的类型：B-DNA、A-DNA、Z-DNA◆由螺线管形成DNA复制环，每18个复制环呈放射状平面排列，结合在核基质上形成微带(miniband)。③体细胞联会，同源染色体紧密配对，④带和间带：光镜下观察到明暗相间的带纹。1974年Kornberg等人根据染色质的酶切降解和电镜观察，转录的RNA需加工、修饰成为成熟的RNA分子后才能被转运出核。◆随体(satellite)④带和间带：光镜下观察到明暗相间的带纹。末端均有一条12-16bp的单链，3’端突出二、染色体DNA的三种功能元件指细胞在分裂过程中,由染色质聚缩而成的棒状结构。功能：DNA复制起点，确保染色体在细胞周期中能够自我复制。主动运输（activetransport）通过核孔复合体的主动运输主要是指亲核蛋白的入核，RNA分子及核糖核蛋白颗粒（RNP）出核运输。特性：①选择性：对运输颗粒大小的限制（10-20nm)；②是信号识别和载体介导的过程；③双向性：蛋白质的入核；RNA和核糖体亚单位的出核。DNA二级结构的类型：B-DNA、A-DNA、Z-DNA18第八章细胞核和染色体优质授课课件19优选第八章细胞核和染色体亲核蛋白（karyophilicprotein）是指在细胞质内合成之后，需要或能够进入细胞核内发挥功能的一类蛋白质。p62：功能性蛋白，具有两个功能结构域随体（satellite）：指位于染色体末端的球形染色体节段，通过次缢痕区与染色体主体部分相连。着丝粒：将两个染色单体连接在一起，并把染色体分成两个臂。人类Q带核型，Q带显示的带纹与G带相似四、常染色质和异染色质②是信号识别和载体介导的过程；人造微小染色体（artificialminichromosome）：二、染色体DNA的三种功能元件◆着丝粒(centromere)通过核孔复合体的主动运输主要是指亲核蛋白的入核，RNA分子及核糖核蛋白颗粒（RNP）出核运输。亲核蛋白的入核转运机制亲核蛋白（karyophilicprotein）是指在细胞质内合成之后，需要或能够进入细胞核内发挥功能的一类蛋白质。类型：进入核之后一直滞留在其中执行功能；穿梭于核质之间行驶功能。1982年R.Laskey发现核内含量丰富的核质蛋白的C端有一个信号序列，可引导蛋白质进入细胞核，称为核定位信号（nuclearlocalizationsignal，NLS），富含有碱性氨基酸，但不同的NLS之间并没有共有的序列特征。核输出序列（nuclearexportsignal，NES）优选第八章细胞核和染色体亲核蛋白的入核转运机制亲核蛋白（ka20亲核蛋白的入核亲核蛋白的入核21RNA的出核转录的RNA需加工、修饰成为成熟的RNA分子后才能被转运出核。RNA聚合酶I转录的rRNA分子：以RNP的形式离开细胞核；RNA聚合酶III转录的5srRNA与tRNA的核输出由蛋白质介导；RNA聚合酶II转录的hnRNA，在核内进行5’端加帽（m7GpppG“帽子”结构）和3’端加PolyA尾巴以及剪接等加工过程，然后形成成熟的mRNA出核。RNA的出核转录的RNA需加工、修饰成为成熟的RNA分子后才22第二节染色质1842年，Nali在植物细胞核中发现了杆状的染色体。1848年，Hofmeister从鸭跖草的小孢子母细胞中发现染色体。

1879年，W.Flemming提出了染色质（chromatin）。1888年，Waldeyer提出了染色体（Chromosome）。第二节染色质1842年，Nali在植物细胞核中发现了杆23一、染色质的概念及化学组成染色质的概念

◆染色质（chromatin）

指间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成的线性复合结构，是间期细胞遗传物质存在的形式。

◆染色体(chromosome)

指细胞在分裂过程中,由染色质聚缩而成的棒状结构。一、染色质的概念及化学组成24化学组成染色质由DNA、组蛋白、非组蛋白、RNA组成，各组分的含量比例为1：1：0.6：0.1。其中DNA与组蛋白是染色质的稳定成分，非组蛋白和RNA的含量随细胞生理状态不同而发生变化。第八章细胞核和染色体优质授课课件25（一）染色质DNADNA序列可分为三种类型：①单一序列②中度重复序列（101-5）③高度重复序列（大于105）DNA二级结构的类型：B-DNA、A-DNA、Z-DNA（一）染色质DNA26第八章细胞核和染色体优质授课课件27(二)组蛋白(histone)核小体组蛋白（核心组蛋白）H2B、H2A、H3和H4，帮助DNA卷曲形成核小体的稳定结构连接组蛋白：H1组蛋白，在构成核小体时起连接作用特点： 富含带正电荷的Arg和Lys等碱性氨基酸，属碱性蛋白质，可以和酸性的DNA紧密结合（非特异性结合）； 没有种属及组织特异性，在进化上十分保守。(二)组蛋白(histone)核小体组蛋白（核心组蛋白）28第一节核被膜与核孔复合体④带和间带：光镜下观察到明暗相间的带纹。主动运输（activetransport）指细胞在分裂过程中,由染色质聚缩而成的棒状结构。主动运输（activetransport）◆存在：灯刷染色体普遍存在于动物界的卵母细胞，两栖类卵母细胞的灯刷染色体最典型核孔复合体主要由蛋白质构成，推测有100余种不同的多肽，共1000多个蛋白质分子。其中DNA与组蛋白是染色质的稳定成分，非组蛋白和RNA的含量随细胞生理状态不同而发生变化。◆概念：指间期核内染色质纤维折叠压缩程度高,处于聚缩状态,用碱性染料染色时着色深的那些染色质。指细胞在分裂过程中,由染色质聚缩而成的棒状结构。1842年，Nali在植物细胞核中发现了杆状的染色体。核型模式图(idiogram)(三)非组蛋白对DNA具有识别特异性，又称序列特异性DNA结合蛋白非组蛋白具多样性和异质性具有多种功能：帮助DNA折叠；协助DNA复制；调节基因表达第一节核被膜与核孔复合体(三)非组蛋白对DNA具有识别29二、染色质的基本结构单位—核小体1974年Kornberg等人根据染色质的酶切降解和电镜观察，发现核小体（nucleosome）是染色质包装的基本结构单位，并提出染色质结构的“串珠“模型。实验证据核小体的结构要点二、染色质的基本结构单位—核小体1974年Kornberg等30自然结构盐处理后实验证据一自然结构盐处理后实验证据一31染色质

核酸酶完全酶解离心、电泳200bp的片段部分酶解离心、电泳单体、二体或三体等裸露的DNA酶解离心、电泳随机大小的片段群体实验证据二染色质核酸酶完全酶解离心、电泳200bp的片段部分酶解离32第八章细胞核和染色体优质授课课件33实验证据三SV40微小染色体分析实验证据三34实验证据四：X射线衍射、中子散射和电镜三维重建实验证据四：X射线衍射、中子散射和电镜三维重建35核小体的结构要点示意图核小体的结构要点示意图36核小体的结构要点◆每个核小体单位包括200bp左右的DNA超螺旋、一个组蛋白八聚体和一分子H1。◆由H2A、H2B、H3、H4各两分子形成八聚体，构成核心颗粒。◆DNA分子螺旋缠绕在核心颗粒表面，每圈80bp，共1.75圈，约146bp，组蛋白H1在核心颗粒外结合额外20bpDNA，锁住核小体DNA的进出端，起稳定核小体的作用。◆相邻核心颗粒之间以一段0～80bp的连接。◆组蛋白与DNA之间的相互作用主要是结构性的，基本不依赖于核苷酸的特异序列。◆核小体沿DNA的定位受不同因素的影响，进而通过核小体相位改变影响基因表达。核小体的结构要点◆每个核小体单位包括200bp左右的DNA37。

。38三、染色质包装的结构模型染色质包装的多级螺旋模型

(multiplecoilingmodel)●染色体的骨架-放射环结构模型

(scaffoldradialloopstructuremodel)三、染色质包装的结构模型染色质包装的多级螺旋模型39（一）染色质包装的多级螺旋模型

◆一级结构：核小体

◆二级结构：螺线管(solenoid) ◆三级结构：超螺线管(supersolenoid) ◆四级结构：染色单体（chromatid）

压缩7倍压缩6倍压缩40倍压缩5倍

DNA核小体螺线管超螺线管染色单体（一）染色质包装的多级螺旋模型 ◆一级结构：核小体40◆常染色质状态只是基因转录的必要条件而非充分条件。（非特异性结合）；着丝粒：将两个染色单体连接在一起，并把染色体分成两个臂。着丝点结构域中央结构域配对结构域灯刷染色体（lampbrushchromosome）是指经过物理、化学因素处理后，再用染料对染色体进行染色，使其呈现特定的深浅不同带纹的技术◆常染色质状态只是基因转录的必要条件而非充分条件。◆概念：指间期核内染色质纤维折叠压缩程度低,处于伸展状态,用碱性染料染色时着色浅的那些染色质。功能：保持染色体的独立性和稳定性④带和间带：光镜下观察到明暗相间的带纹。注：有的则由于含有信号序列或者和其它的分子结合成大分子而不能自由出入核孔复合体（组蛋白21KD）。二、核孔复合体（NPC）◆常染色质状态只是基因转录的必要条件而非充分条件。41（二）染色体的骨架-放射环结构模型用高盐或硫酸匍聚糖加肝素处理染色体，电镜下看到一种网络状的染色体骨架结构，由骨架伸出无数DNA侧环。DNA酶消化后的骨架主要是非组蛋白，另外含有少量DNA和RNA。◆一级：核小体；二级：螺线管◆由螺线管形成DNA复制环，每18个复制环呈放射状平面排列，结合在核基质上形成微带(miniband)。微带是染色体高级结构的单位，大约106个微带沿纵轴构建成子染色体。（二）染色体的骨架-放射环结构模型用高盐或硫酸匍聚糖加42结构模型结构模型43四、常染色质和异染色质常染色质(euchromatin)异染色质(heterochromatin)

四、常染色质和异染色质常染色质(euchromatin)44第八章细胞核和染色体优质授课课件45常染色质(euchromatin)◆概念：指间期核内染色质纤维折叠压缩程度低,处于伸展状态,用碱性染料染色时着色浅的那些染色质。◆组成：单一序列DNA和中度重复序列DNA◆常染色质状态只是基因转录的必要条件而非充分条件。常染色质(euchromatin)◆概念：指间期核内染色质纤46异染色质(heterochromatin)◆概念：指间期核内染色质纤维折叠压缩程度高,处于聚缩状态,用碱性染料染色时着色深的那些染色质。◆类型 结构异染色质（组成型异染色质）

兼性异染色质

异染色质(heterochromatin)◆概念：指间期核内47第三节

染色体（chromosome）

●中期染色体的形态结构●染色体DNA的三种功能元件●核型与染色体显带●巨大染色体第三节染色体（chromosome）●中期染色体的形态48

同一物种的染色体数目是相对稳定的，性细胞染色体为单倍体（haploid），用n表示，体细胞为2倍体（diploid）以2n表示，还有一些物种的染色体成倍增加成为4n、6n、8n等多倍体。

49一、中期染色体的形态结构中期染色体类型染色体的主要结构

一、中期染色体的形态结构中期染色体类型50中期染色体的类型中期染色体的类型51染色体的主要结构染色体的主要结构52◆着丝粒(centromere)◆次缢痕(secondaryconstriction)◆核仁组织区(NOR)◆随体(satellite)◆端粒(telomere)第八章细胞核和染色体优质授课课件53着丝粒与着丝点(动粒)着丝点结构域

中央结构域配对结构域着丝粒与着丝点(动粒)着丝点结构域中央结构域54着丝粒：将两个染色单体连接在一起，并把染色体分成两个臂。动粒：位于着丝粒两侧由蛋白质构成的三层盘状或球状结构。动粒与纺锤体自然相连，与染色体的移动有关。着丝粒：将两个染色单体连接在一起，并把染色体分成两个臂。55第八章细胞核和染色体优质授课课件56次缢痕（secondaryconstriction）：除主缢痕外，染色体上其他呈浅缢缩的部分称次缢痕，次缢痕的位置相对稳定，是鉴定染色体个别性的一个显著特征。核仁组织区（nucleolarorganizingregions,NORs）：是核糖体RNA基因所在的区域，其精细结构呈灯刷状。能够合成核糖体的28S、18S和5.8SrRNA。位于次缢痕的部位。随体（satellite）：指位于染色体末端的球形染色体节段，通过次缢痕区与染色体主体部分相连。次缢痕（secondaryconstriction）：除主57第八章细胞核和染色体优质授课课件58端粒（telomere）：是染色体端部的特化部分，位于染色体的端部来维持染色体的稳定性。端粒由高度重复的短序列串联而成，在进化上高度保守，不同生物的端粒序列都很相似。端粒起到细胞分裂计时器的作用，端粒核苷酸复制和基因DNA不同，每复制一次减少50-100bp，其复制要靠具有反转录酶性质的端粒酶（telomerase）来完成，正常体细胞缺乏此酶，故随细胞分裂而变短，细胞随之衰老。端粒（telomere）：是染色体端部的特化部分，位于染色体59第八章细胞核和染色体优质授课课件60自主复制DNA序列（ARS）功能：DNA复制起点，确保染色体在细胞周期中能够自我复制。序列：具有一段11-14bp的同源性很高的富含AT的共有序列及其上下游各200bp左右的区域是维持ARS功能所必需的。着丝粒DNA序列（CEN）功能：细胞分裂时已复制完成的染色体能平均分配在自染色体中。共同点是两个相邻的核心区：80-90bp的AT区；11bp的保守区。端粒DNA序列(TEL)功能：保持染色体的独立性和稳定性

由富含G的简单串联重复序列组成，可长达数Kb；末端均有一条12-16bp的单链，3’端突出二、染色体DNA的三种功能元件自主复制DNA序列（ARS）二、染色体DNA的三种功能元件61第八章细胞核和染色体优质授课课件62人造微小染色体（artificialminichromosome）：1983年，A.W.Murray等人首次成功构建了包括ARS、CEN、TEL和外源DNA，总长度为55kb的酵母人工染色体(yeastartificialchromosome,YAC)。YAC可用于转基因和构建基因文库，容纳插入片段的能力远高于质粒。人造微小染色体（artificialminichromos63三、核型与染色体显带核型(karyotype)是指染色体组在有丝分裂中期特征的总和，包括染色体数目、大小、形态特征的总和。

核型模式图(idiogram)将一个染色体组的全部染色体逐个按其特征绘制下来,再按长短、形态等特征排列起来的图象称为核型模式图,它代表一个物种的核型模式。三、核型与染色体显带核型(karyotype)64第八章细胞核和染色体优质授课课件65染色体显带技术是指经过物理、化学因素处理后，再用染料对染色体进行染色，使其呈现特定的深浅不同带纹的技术根据产生的带在染色体上的分布分两类：带分布在整条染色体上，如G、Q、R带等带局部分布在染色体上，如C、T、N带等。第八章细胞核和染色体优质授课课件66人类G带核型，G带显示的是染色体上富含AT的区域

人类G带核型，G带显示的是染色体上富含AT的区域67动粒与纺锤体自然相连，与染色体的移动有关。异染色质(heterochromatin)构成核、质之间的天然选择性屏障④带和间带：光镜下观察到明暗相间的带纹。组成：多种不同的蛋白组成的◆来源：卵母细胞进行减数第一次分裂时停留在双线期的染色体。功能：保持染色体的独立性和稳定性末端均有一条12-16bp的单链，3’端突出核孔复合体主要由蛋白质构成，推测有100余种不同的多肽，共1000多个蛋白质分子。是指经过物理、化学因素处理后，再用染料对染色体进行染色，使其呈现特定的深浅不同带纹的技术并合并成一个染色体。◆每个核小体单位包括200bp左右的DNA超螺旋、一个组蛋白八聚体和一人类Q带核型，Q带显示的带纹与G带相似

动粒与纺锤体自然相连，与染色体的移动有关。人类Q带核型，Q带68人类C带核型，C带显示的是着丝粒异染色质

人类C带核型，C带显示的是着丝粒异染色质69四、巨大染色体多线染色体（polytenechromosome）灯刷染色体（lampbrushchromosome）四、巨大染色体多线染色体（polytenechromos70多线染色体

◆发现：存在于双翅目昆虫的幼虫唾腺细胞和植物胚珠细胞中。◆来源：核内的DNA多次复制但细胞不分裂，产生的子染色体并行排列，且在体细胞内同源染色体配对，紧密结合在一起形成。◆特征：①体积巨大②多线性③体细胞联会，同源染色体紧密配对，并合并成一个染色体。④带和间带：光镜下观察到明暗相间的带纹。⑤胀泡和环：巴氏环（Balbianiring）。多线染色体◆发现：存在于双翅目昆虫的幼虫唾腺细胞和植物胚珠细71第八章细胞核和染色体优质授课课件72◆二级结构：螺线管(solenoid)③高度重复序列（大于105）RNA聚合酶II转录的hnRNA，在核内进行5’端加帽（m7GpppG“帽子”结构）和3’端加PolyA尾巴以及剪接等加工过程，然后形成成熟的mRNA出核。核孔复合体主要由蛋白质构成，推测有100余种不同的多肽，共1000多个蛋白质分子。◆存在：灯刷染色体普遍存在于动物界的卵母细胞，两栖类卵母细胞的灯刷染色体最典型主动运输（activetransport）●染色体DNA的三种功能元件●染色体的骨架-放射环结构模型是指染色体组在有丝分裂中期特征的总和，包括染色体数目、大小、形态特征的总和。gp210：结构性跨膜蛋白◆端粒(telomere)核小体组蛋白（核心组蛋白）灯刷染色体◆存在：灯刷染色体普遍存在于动物界的卵母细胞，两栖类卵母细胞的灯刷染色体最典型◆来源：卵母细胞进行减数第一次分裂时停留在双线期的染色体。◆结构和功能◆二级结构：螺线管(solenoid)灯刷染色体◆存在：灯刷73第八章细胞核和染色体优质授课课件74第八章细胞核和染色体优质授课课件75第四节

核

仁(nucleolus)●核仁的超微结构●核仁的功能第四节核仁(nucleolus)●核仁的超微结构76一、核仁的超微结构纤维中心(fibrillarcenters,FC)致密纤维组分(densefibrillarcomponent,DFC)颗粒组分(granularcomponent,GC)核仁相随染色质核仁内染色质；核仁周边染色质核仁基质一、核仁的超微结构纤维中心(fibrillarcente77第八章细胞核和染色体第八章细胞核和染色体78优选第八章细胞核和染色体优选第八章细胞核和染色体79内核膜（innernuclearmembrane），有特有的蛋白成分RNA聚合酶I转录的rRNA分子：以RNP的形式离开细胞核；着丝粒：将两个染色单体连接在一起，并把染色体分成两个臂。◆概念：指间期核内染色质纤维折叠压缩程度高,处于聚缩状态,用碱性染料染色时着色深的那些染色质。穿梭于核质之间行驶功能。穿梭于核质之间行驶功能。染色质包装的多级螺旋模型数量：哺乳动物细胞中平均含有3000个核孔◆由H2A、H2B、H3、H4各两分子形成八聚体，构成核心颗粒。环带亚单位（annularsubunit）◆组成：单一序列DNA和中度重复序列DNA④带和间带：光镜下观察到明暗相间的带纹。◆存在：灯刷染色体普遍存在于动物界的卵母细胞，两栖类卵母细胞的灯刷染色体最典型（非特异性结合）；1848年，Hofmeister从鸭跖草的小孢子母细胞中发现染色体。内核膜（innernuclearmembrane），有80第一节核被膜与核孔复合体

●核被膜●核孔复合体（nuclearporecomplex，NPC）第一节核被膜与核孔复合体81一、核被膜的结构组成一、核被膜的结构组成82◆外核膜（outernuclearmembrane），胞质面附有核糖体，是特殊的内质网（ER）内核膜（innernuclearmembrane），有特有的蛋白成分◆核周间隙（perinuclearspace），与内质网相通核孔（nuclearpore），内外膜融合的部位◆核纤层（nuclearlamina），内核膜核质面的一层纤维蛋白构成的网络状◆外核膜（outernuclearmembrane），胞83第八章细胞核和染色体优质授课课件84第八章细胞核和染色体优质授课课件85核被膜的功能构成核、质之间的天然选择性屏障避免生命活动的彼此干扰，使生命活动更加井然有序保护DNA不受细胞骨架运动所产生的机械力的损伤核质之间的物质交换与信息交流核被膜的功能构成核、质之间的天然选择性屏障86二、核孔复合体（NPC）概述：组成：多种不同的蛋白组成的数量：哺乳动物细胞中平均含有3000个核孔

细胞核活动旺盛的细胞中数目多结构：电镜下圆形或者八角形，fish-trap二、核孔复合体（NPC）概述：87第八章细胞核和染色体优质授课课件88（一）结构模型（一）结构模型89胞质环（cytoplasmicring），外环核质环（nuclearring），内环辐（spoke） 柱状亚单位（columnsubunit） 腔内亚单位（luminalsubunit） 环带亚单位（annularsubunit）中央栓（centralplug）：transporter胞质环（cytoplasmicring），外环90第八章细胞核和染色体优质授课课件911848年，Hofmeister从鸭跖草的小孢子母细胞中发现染色体。内核膜（innernuclearmembrane），有特有的蛋白成分转录的RNA需加工、修饰成为成熟的RNA分子后才能被转运出核。三、染色质包装的结构模型带分布在整条染色体上，如G、Q、R带等着丝粒：将两个染色单体连接在一起，并把染色体分成两个臂。核输出序列（nuclearexportsignal，NES）人类Q带核型，Q带显示的带纹与G带相似DNA二级结构的类型：B-DNA、A-DNA、Z-DNA兼性异染色质腔内亚单位（luminalsubunit）二、染色体DNA的三种功能元件内核膜（innernuclearmembrane），有特有的蛋白成分类型：进入核之后一直滞留在其中执行功能；◆由H2A、H2B、H3、H4各两分子形成八聚体，构成核心颗粒。（二）核孔复合体成分的研究核孔复合体主要由蛋白质构成，推测有100余种不同的多肽，共1000多个蛋白质分子。

gp210：结构性跨膜蛋白

p62：功能性蛋白，具有两个功能结构域1848年，Hofmeister从鸭跖草的小孢子母细胞中发现92（三）核孔复合体的功能核孔复合体是双功能（被动扩散和主动运输）、双向性（入核和出核）的亲水性核质交换通道。（三）核孔复合体的功能核孔复合体是双功能（被动扩散和主动运输93被动运输（passivetransport）允许条件：一般直径10nm以下的分子；60KD以下的蛋白注：有的则由于含有信号序列或者和其它的分子结合成大分子而不能自由出入核孔复合体（组蛋白21KD）。被动运输（passivetransport）允许条件：一般94DNA二级结构的类型：B-DNA、A-DNA、Z-DNA◆由螺线管形成DNA复制环，每18个复制环呈放射状平面排列，结合在核基质上形成微带(miniband)。③体细胞联会，同源染色体紧密配对，④带和间带：光镜下观察到明暗相间的带纹。1974年Kornberg等人根据染色质的酶切降解和电镜观察，转录的RNA需加工、修饰成为成熟的RNA分子后才能被转运出核。◆随体(satellite)④带和间带：光镜下观察到明暗相间的带纹。末端均有一条12-16bp的单链，3’端突出二、染色体DNA的三种功能元件指细胞在分裂过程中,由染色质聚缩而成的棒状结构。功能：DNA复制起点，确保染色体在细胞周期中能够自我复制。主动运输（activetransport）通过核孔复合体的主动运输主要是指亲核蛋白的入核，RNA分子及核糖核蛋白颗粒（RNP）出核运输。特性：①选择性：对运输颗粒大小的限制（10-20nm)；②是信号识别和载体介导的过程；③双向性：蛋白质的入核；RNA和核糖体亚单位的出核。DNA二级结构的类型：B-DNA、A-DNA、Z-DNA95第八章细胞核和染色体优质授课课件96优选第八章细胞核和染色体亲核蛋白（karyophilicprotein）是指在细胞质内合成之后，需要或能够进入细胞核内发挥功能的一类蛋白质。p62：功能性蛋白，具有两个功能结构域随体（satellite）：指位于染色体末端的球形染色体节段，通过次缢痕区与染色体主体部分相连。着丝粒：将两个染色单体连接在一起，并把染色体分成两个臂。人类Q带核型，Q带显示的带纹与G带相似四、常染色质和异染色质②是信号识别和载体介导的过程；人造微小染色体（artificialminichromosome）：二、染色体DNA的三种功能元件◆着丝粒(centromere)通过核孔复合体的主动运输主要是指亲核蛋白的入核，RNA分子及核糖核蛋白颗粒（RNP）出核运输。亲核蛋白的入核转运机制亲核蛋白（karyophilicprotein）是指在细胞质内合成之后，需要或能够进入细胞核内发挥功能的一类蛋白质。类型：进入核之后一直滞留在其中执行功能；穿梭于核质之间行驶功能。1982年R.Laskey发现核内含量丰富的核质蛋白的C端有一个信号序列，可引导蛋白质进入细胞核，称为核定位信号（nuclearlocalizationsignal，NLS），富含有碱性氨基酸，但不同的NLS之间并没有共有的序列特征。核输出序列（nuclearexportsignal，NES）优选第八章细胞核和染色体亲核蛋白的入核转运机制亲核蛋白（ka97亲核蛋白的入核亲核蛋白的入核98RNA的出核转录的RNA需加工、修饰成为成熟的RNA分子后才能被转运出核。RNA聚合酶I转录的rRNA分子：以RNP的形式离开细胞核；RNA聚合酶III转录的5srRNA与tRNA的核输出由蛋白质介导；RNA聚合酶II转录的hnRNA，在核内进行5’端加帽（m7GpppG“帽子”结构）和3’端加PolyA尾巴以及剪接等加工过程，然后形成成熟的mRNA出核。RNA的出核转录的RNA需加工、修饰成为成熟的RNA分子后才99第二节染色质1842年，Nali在植物细胞核中发现了杆状的染色体。1848年，Hofmeister从鸭跖草的小孢子母细胞中发现染色体。

1879年，W.Flemming提出了染色质（chromatin）。1888年，Waldeyer提出了染色体（Chromosome）。第二节染色质1842年，Nali在植物细胞核中发现了杆100一、染色质的概念及化学组成染色质的概念

◆染色质（chromatin）

指间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成的线性复合结构，是间期细胞遗传物质存在的形式。

◆染色体(chromosome)

指细胞在分裂过程中,由染色质聚缩而成的棒状结构。一、染色质的概念及化学组成101化学组成染色质由DNA、组蛋白、非组蛋白、RNA组成，各组分的含量比例为1：1：0.6：0.1。其中DNA与组蛋白是染色质的稳定成分，非组蛋白和RNA的含量随细胞生理状态不同而发生变化。第八章细胞核和染色体优质授课课件102（一）染色质DNADNA序列可分为三种类型：①单一序列②中度重复序列（101-5）③高度重复序列（大于105）DNA二级结构的类型：B-DNA、A-DNA、Z-DNA（一）染色质DNA103第八章细胞核和染色体优质授课课件104(二)组蛋白(histone)核小体组蛋白（核心组蛋白）H2B、H2A、H3和H4，帮助DNA卷曲形成核小体的稳定结构连接组蛋白：H1组蛋白，在构成核小体时起连接作用特点： 富含带正电荷的Arg和Lys等碱性氨基酸，属碱性蛋白质，可以和酸性的DNA紧密结合（非特异性结合）； 没有种属及组织特异性，在进化上十分保守。(二)组蛋白(histone)核小体组蛋白（核心组蛋白）105第一节核被膜与核孔复合体④带和间带：光镜下观察到明暗相间的带纹。主动运输（activetransport）指细胞在分裂过程中,由染色质聚缩而成的棒状结构。主动运输（activetransport）◆存在：灯刷染色体普遍存在于动物界的卵母细胞，两栖类卵母细胞的灯刷染色体最典型核孔复合体主要由蛋白质构成，推测有100余种不同的多肽，共1000多个蛋白质分子。其中DNA与组蛋白是染色质的稳定成分，非组蛋白和RNA的含量随细胞生理状态不同而发生变化。◆概念：指间期核内染色质纤维折叠压缩程度高,处于聚缩状态,用碱性染料染色时着色深的那些染色质。指细胞在分裂过程中,由染色质聚缩而成的棒状结构。1842年，Nali在植物细胞核中发现了杆状的染色体。核型模式图(idiogram)(三)非组蛋白对DNA具有识别特异性，又称序列特异性DNA结合蛋白非组蛋白具多样性和异质性具有多种功能：帮助DNA折叠；协助DNA复制；调节基因表达第一节核被膜与核孔复合体(三)非组蛋白对DNA具有识别106二、染色质的基本结构单位—核小体1974年Kornberg等人根据染色质的酶切降解和电镜观察，发现核小体（nucleosome）是染色质包装的基本结构单位，并提出染色质结构的“串珠“模型。实验证据核小体的结构要点二、染色质的基本结构单位—核小体1974年Kornberg等107自然结构盐处理后实验证据一自然结构盐处理后实验证据一108染色质

核酸酶完全酶解离心、电泳200bp的片段部分酶解离心、电泳单体、二体或三体等裸露的DNA酶解离心、电泳随机大小的片段群体实验证据二染色质核酸酶完全酶解离心、电泳200bp的片段部分酶解离109第八章细胞核和染色体优质授课课件110实验证据三SV40微小染色体分析实验证据三111实验证据四：X射线衍射、中子散射和电镜三维重建实验证据四：X射线衍射、中子散射和电镜三维重建112核小体的结构要点示意图核小体的结构要点示意图113核小体的结构要点◆每个核小体单位包括200bp左右的DNA超螺旋、一个组蛋白八聚体和一分子H1。◆由H2A、H2B、H3、H4各两分子形成八聚体，构成核心颗粒。◆DNA分子螺旋缠绕在核心颗粒表面，每圈80bp，共1.75圈，约146bp，组蛋白H1在核心颗粒外结合额外20bpDNA，锁住核小体DNA的进出端，起稳定核小体的作用。◆相邻核心颗粒之间以一段0～80bp的连接。◆组蛋白与DNA之间的相互作用主要是结构性的，基本不依赖于核苷酸的特异序列。◆核小体沿DNA的定位受不同因素的影响，进而通过核小体相位改变影响基因表达。核小体的结构要点◆每个核小体单位包括200bp左右的DNA114。

。115三、染色质包装的结构模型染色质包装的多级螺旋模型

(multiplecoilingmodel)●染色体的骨架-放射环结构模型

(scaffoldradialloopstructuremodel)三、染色质包装的结构模型染色质包装的多级螺旋模型116（一）染色质包装的多级螺旋模型

◆一级结构：核小体

◆二级结构：螺线管(solenoid) ◆三级结构：超螺线管(supersolenoid) ◆四级结构：染色单体（chromatid）

压缩7倍压缩6倍压缩40倍压缩5倍

DNA核小体螺线管超螺线管染色单体（一）染色质包装的多级螺旋模型 ◆一级结构：核小体117◆常染色质状态只是基因转录的必要条件而非充分条件。（非特异性结合）；着丝粒：将两个染色单体连接在一起，并把染色体分成两个臂。着丝点结构域中央结构域配对结构域灯刷染色体（lampbrushchromosome）是指经过物理、化学因素处理后，再用染料对染色体进行染色，使其呈现特定的深浅不同带纹的技术◆常染色质状态只是基因转录的必要条件而非充分条件。◆概念：指间期核内染色质纤维折叠压缩程度低,处于伸展状态,用碱性染料染色时着色浅的那些染色质。功能：保持染色体的独立性和稳定性④带和间带：光镜下观察到明暗相间的带纹。注：有的则由于含有信号序列或者和其它的分子结合成大分子而不能自由出入核孔复合体（组蛋白21KD）。二、核孔复合体（NPC）◆常染色质状态只是基因转录的必要条件而非充分条件。118（二）染色体的骨架-放射环结构模型用高盐或硫酸匍聚糖加肝素处理染色体，电镜下看到一种网络状的染色体骨架结构，由骨架伸出无数DNA侧环。DNA酶消化后的骨架主要是非组蛋白，另外含有少量DNA和RNA。◆一级：核小体；二级：螺线管◆由螺线管形成DNA复制环，每18个复制环呈放射状平面排列，结合在核基质上形成微带(miniband)。微带是染色体高级结构的单位，大约106个微带沿纵轴构建成子染色体。（二）染色体的骨架-放射环结构模型用高盐或硫酸匍聚糖加119结构模型结构模型120四、常染色质和异染色质常染色质(euchromatin)异染色质(heterochromatin)

四、常染色质和异染色质常染色质(euchromatin)121第八章细胞核和染色体优质授课课件122常染色质(euchromatin)◆概念：指间期核内染色质纤维折叠压缩程度低,处于伸展状态,用碱性染料染色时着色浅的那些染色质。◆组成：单一序列DNA和中度重复序列DNA◆常染色质状态只是基因转录的必要条件而非充分条件。常染色质(euchromatin)◆概念：指间期核内染色质纤123异染色质(heterochromatin)◆概念：指间期核内染色质纤维折叠压缩程度高,处于聚缩状态,用碱性染料染色时着色深的那些染色质。◆类型 结构异染色质（组成型异染色质）

兼性异染色质

异染色质(heterochromatin)◆概念：指间期核内124第三节

染色体（chromosome）

●中期染色体的形态结构●染色体DNA的三种功能元件●核型与染色体显带●巨大染色体第三节染色体（chromosome）●中期染色体的形态125

同一物种的染色体数目是相对稳定的，性细胞染色体为单倍体（haploid），用n表示，体细胞为2倍体（diploid）以2n表示，还有一些物种的染色体成倍增加成为4n、6n、8n等多倍体。

126一、中期染色体的形态结构中期染色体类型染色体的主要结构

一、中期染色体的形态结构中期染色体类型127中期染色体的类型中期染色体的类型128染色体的主要结构染色体的主要结构129◆着丝粒(centromere)◆次缢痕(secondaryconstriction)◆核仁组织区(NOR)◆随体(satellite)◆端粒(telomere)第八章细胞核和染色体优质授课课件130着丝粒与着丝点(动粒)着丝点结构域

中央结构域配对结构域着丝粒与着丝点(动粒)着丝点结构域中央结构域131着丝粒：将两个染色单体连接在一起，并把染色体分成两个臂。动粒：位于着丝粒两侧由蛋白质构成的三层盘状或球状结构。动粒与纺锤体自然相连，与染色体的移动有关。着丝粒：将两个染色单体连接在一起，并把染色体分成两个臂。132第八章细胞核和染色体优质授课课件133次缢痕（secondaryconstriction）：除主缢痕外，染色体上其他呈浅缢缩的部分称次缢痕，次缢痕的位置相对稳定，是鉴定染色体个别性的一个显著特征。核仁组织区（nucleolarorganizingregions,NORs）：是核糖体RNA基因所在的区域，其精细结构呈灯刷状。能够合成核糖体的28S、18S和5.8SrRNA。位于次缢痕的部位。随体（satellite）：指位于染色体末端的球形染色体节段，通过次缢痕区与染色体主体部分相连。次缢痕（secondaryconstriction）：除主134第八章细胞核和染色体优质授课课件135端粒（telomere）：是染色体端部的特化部分，位于染色体的端部来维持染色体的稳定性。端粒由高度重复的短序列串联而成，在进化上高度保守，不同生物的端粒序列都很相似。端粒起到细胞分裂计时器的作用，端粒核苷酸复制和基因DNA不同，每复制一次减少50-100bp，其复制要靠具有反转录酶性质的端粒酶（telomerase）来完成，正常体细胞缺乏此酶，故随细胞分裂而变短，细胞随之衰老。端粒（telomere）：是染色体端部的特化部分，位于染色体136第八章细胞核和染色体优质授课课件137自主复制DNA序列（ARS）功能：DNA复制起点，确保染色体在细胞周期中能够自我复制。序列：具有一段11-14bp的同源性很高的富含AT的共有序列及其上下游各200bp左右的区域是维持ARS功能所必需的。着丝粒DNA序列（CEN）功能：细胞分裂时已复制完成的染色体能平均分配在自染色体中。共同点是两个相邻的核心区：80-90bp的AT区；11bp的保守区。端粒DNA序列(TEL)功能：保持染色体的独立性和稳定性

由富含G的简单串联重复序列组成，可长达数Kb；末端均有一条12-16bp的单链，3’端突出二、染色体DNA的三种功能元件自主复制DN