细胞核和染色体

第十章细胞核与染色体chapter10NucleusandChromosome

第二部分主讲人：高志芹本文档共76页；当前第1页；编辑于星期二\5点25分MaincontentsSection1nuclearenvelopeandnuclearporecomplexSection2chromatinSection3chromatinstructureandgeneactivationSection4chromosomeSection5nucleolusSection6nuclearmatrix2本文档共76页；当前第2页；编辑于星期二\5点25分Section4chromosome(染色体)Q:Whatisthechromosome?3本文档共76页；当前第3页；编辑于星期二\5点25分Chromosome(染色体):Atsomepointduringthecelldivisionprocess,thechromatinwillbepackagedtightlyenoughthatweareabletovisualizedistinctchromosomesunderthelightmicroscope分裂期染色质凝集而成的棒状结构。Q:Canyouseechromosomesunderlightmicroscope?4本文档共76页；当前第4页；编辑于星期二\5点25分Chromosomenumber,size,andshape

atmetaphasearespeciesspecificSeeP343,Tab10-65本文档共76页；当前第5页；编辑于星期二\5点25分Isthereacorrelationbetweenchromosomenumberandcomplexityoftheorganism?ChromosomeNumbers6本文档共76页；当前第6页；编辑于星期二\5点25分

Chromosome染色体

Morphologyofthemetaphasechromosome中期染色体的形态结构Functionalelements

染色体DNA的三种功能元件Karyotypeandchromosomebanding核型与染色体显带Giantchromosome巨大染色体7本文档共76页；当前第7页；编辑于星期二\5点25分一、中期染色体的形态结构

StructureofmetaphasechromosomeChromosomesaredetectedonlyoccurduringcelldivisionandnotduringallstagesofthecellcycle.Theyareintheirmostcondensedformduringmetaphase(中期)whenthesisterchromatids（姐妹染色单体）areattached.8本文档共76页；当前第8页；编辑于星期二\5点25分Metaphasechromosome:ThetworeplicateddaughterDNAsareencasedinchromosomalproteinsformingsisterchromatids,whichareheldtogetherattheircentromere.9本文档共76页；当前第9页；编辑于星期二\5点25分根据着丝粒在染色体上所处的位置，将中期染色体分为四种类型：metacentricchromosome（中着丝粒染色体）submetacentricchromosome（近中着丝粒染色体）acrocentricchromosome（近端着丝粒染色体）telocentricchromosome（端着丝粒染色体）10本文档共76页；当前第10页；编辑于星期二\5点25分一、中期染色体的形态结构

StructureofmetaphasechromosomeCentromere(着丝粒)&Kinetochore（动粒）Centromere（着丝粒）:HighlyrepeatedDNA+Kinetochore（动粒）11本文档共76页；当前第11页；编辑于星期二\5点25分着丝粒3个结构域Kinetochoredomain：位于着丝粒表面外板（outerplate）内板（innerplate）中间区（interzone）纤维冠(fibrouscorona)Centraldomain:高度重复的α卫星DNAPairingdomain：apointofattachmentbetweentwosisterchromatids中心结构域配对结构域动粒结构域12本文档共76页；当前第12页；编辑于星期二\5点25分SatelliteDNA(FISHimage)13本文档共76页；当前第13页；编辑于星期二\5点25分ThestructureofahumanCENCentromere&Kinetochore14本文档共76页；当前第14页；编辑于星期二\5点25分着丝粒的结构1、动粒结构域（kinetochoredomain）位于着丝粒的表面，包括内板(innerplate)

中间间隙(middlespace),innerzone

外板(outerplate)

纤维冠(fibrouscorona)2、中央结构域（Centraldomain）位于着丝粒结构域的下方。其中含有高度重复的卫星DNA。3、配对结构域（Pairingdomain）位于着丝粒结构的内层，中期两条染色单体在此处相互连结。用ACAs发现鉴定出来的着丝粒蛋白CENP主要有6种，即：CENP-A至F。15本文档共76页；当前第15页；编辑于星期二\5点25分Centromericproteins

ProteinsassociatedwiththecentromerehavebeenidentifiedusingantibodiesfromsclerodermapatientsCENPproteinsCENP-A centromere-specifichistoneCENP-B bindscentraldomainsatelliteDNACENP-C bindskinetochoreCENP-D bindskinetochoreCENP-E kinesin-likemotor,involvedinchromatidsegregationCENP-FbindskinetochoreINCENPproteinsINCENP-A sisterchromatidassociationINCENP-B sisterchromatidassociation16本文档共76页；当前第16页；编辑于星期二\5点25分一、中期染色体的形态结构

AtypicalmitoticchromosomeatmetaphaseHumanchromosomeNo.14

2.secondaryconstriction（次缢痕）3.nucleolarorganizingregion,NOR（核仁组织区）4.Satellite（随体）5.Telomere（端粒）1.Centromere（着丝粒）Primaryconstriction主缢痕17本文档共76页；当前第17页；编辑于星期二\5点25分NOR（Nucleolarorganizerregions）

:NORisachromosomalregionaroundwhichthenucleolusforms.Thisregionistheparticularpartofachromosomethatisassociatedwithanucleolusafterthenucleusdivides.TheregioncontainsseveraltandemcopiesofribosomalRNAgenes.细胞核特定染色体的次缢痕处，含有rRNA基因的一段染色体区域，与核仁的形成有关，故称为核仁组织区。

18本文档共76页；当前第18页；编辑于星期二\5点25分NOR（Nucleolarorganizerregions）

:NotallchromosomesinagenomehaveNORs,butseveralofthemmayhave.Inhumans,theNORcontainsgenesfor5.8S,18S,and28SrRNAclusteredontheshortarmsofchromosomes13,14,15,21and22(theacrocentricchromosomes).19本文档共76页；当前第19页；编辑于星期二\5点25分TheNORisresponsiblefortheformationofthenucleolusduringtelophaseandisalsothesiteofribosomalRNAsynthesis.与间期核仁的形成有关NOR（Nucleolarorganizerregions）

:20本文档共76页；当前第20页；编辑于星期二\5点25分Telomeres端粒Telomeresarethephysicalendsoflineareukaryoticchromosomes.Theyconsistoftandemrepeatsofashort(6-8bp)sequencethatishighlyconservedthroughevolution.位于染色体DNA的两端,为一富含GC的短串联重复序列DNA组成，进化上高度保守。21本文档共76页；当前第21页；编辑于星期二\5点25分22本文档共76页；当前第22页；编辑于星期二\5点25分TelomeresThetelomeresofhumansconsistofasmanyas2000repeatsofthesequence:5'TTAGGG3'.5'...TTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGG..3'3'...AATCCCAATCCCAATCCCAATCCCAATCCCAATCCC..5'

Telomeresarecrucialtothelifeofthecell.Theykeeptheendsofthevariouschromosomesinthecellfromaccidentallybecomingattachedtoeachother.23本文档共76页；当前第23页；编辑于星期二\5点25分24本文档共76页；当前第24页；编辑于星期二\5点25分二、染色体DNA的3种功能元件

ThreefunctionalelementsinchromosomalDNA

Threefunctionalelementsarerequiredforreplicationandstableinheritanceofchromosomes25本文档共76页；当前第25页；编辑于星期二\5点25分构成染色体DNA的三种关键序列（keysequence）autonomouslyreplicatingDNAsequence,ARS

（自主复制DNA序列）centromericDNAsequence,CEN（着丝粒DNA序列）telomericDNAsequence,TEL（端粒DNA序列）26本文档共76页；当前第26页；编辑于星期二\5点25分autonomouslyreplicatingDNAsequence,ARS结构：富含AT的共有序列。功能：DNA复制起点，保证自我复制，ARSactasanoriginofreplication.27本文档共76页；当前第27页；编辑于星期二\5点25分MultipleoriginsofreplicationinEukaryotes28本文档共76页；当前第28页；编辑于星期二\5点25分CentromericDNAsequence,CENLEU合成酶基因重组到含CEN和ARS的环状质粒，转染LEU合成酶合成缺陷细胞，在无LEU的培养基中可以生存。核心区：一个80-90bp的AT区，一个11bp的保守区。功能：将完成复制的染色体平均分配到子细胞中。TransfectedLeu-cellbyPlasmidwithsequenceProgenyoftransfectedcellMitoticsegregationConclusionGrowthwithoutLeu29本文档共76页；当前第29页；编辑于星期二\5点25分telomericDNAsequence(端粒序列):FunctionsForthecompletereplicationofchromosome染色体复制的完整性Protectthechromosomesfromnucleaseinfluence免受核酸酶的影响Preventtheendsofchromosomesfromfusing免染色体端端粘合30本文档共76页；当前第30页；编辑于星期二\5点25分Telomeres(端粒):由高度重复的短序列组成，高度保守。

Thetelomeresofhumansconsistofasmanyas2000repeatsofthesequence:5'TTAGGG3'.5'...TTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGG..3'3'...AATCCCAATCCCAATCCCAATCCCAATCCCAATCCC..5'

作用：维持染色体的稳定性。起细胞分裂计时器的作用。31本文档共76页；当前第31页；编辑于星期二\5点25分AAAAAAAAAAAAAAAAFISH(HumanProbe):TTAGGGTelomeres(端粒):Telemerase(端粒酶)：

RNA+逆转录酶A32本文档共76页；当前第32页；编辑于星期二\5点25分Telomere,telomeraseandcellularaging,cancercellTelomeraseisfoundingermcells,notinsomaticcells.Thetelomerelengthofadultisshorterthanthatofyounger.Telomereshorteningisthoughttoactivateasuicideprogram.So,telomereshorteningplaysakeyroleinprotectingthebodyfromcancer.90%ofhumantumorscontainanactivetelomerase.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。33本文档共76页；当前第33页；编辑于星期二\5点25分三、核型和染色体显带

karyotypeandchromosomebandingThecompletesetofchromosomesinthenormaldiploidcellsofanorganismisitskaryotype.通常将一个物种所具有的染色体数目和每一条染色体的形态特征称核型。核型分析：对染色体进行分组、排队、配对并进行形态分析的过程34本文档共76页；当前第34页；编辑于星期二\5点25分HumanKaryotype12345678910111213141516171819202122XX(orXY)35本文档共76页；当前第35页；编辑于星期二\5点25分Karyotypeoffemaleandmale:Thekaryotypeofthehumanfemalecontains23pairsofhomologouschromosomes:22pairsofautosomes

1pairofXchromosomesThekaryotypeofthehumanmalecontains:thesame22pairsofautosomesoneXchromosomeandoneYchromosome36本文档共76页；当前第36页；编辑于星期二\5点25分染色体显带(chromosomebanding)用特殊的染色方法使染色体沿其长轴显示出明暗交替或染色深浅不同的横纹——带。pq32112346432152131212123541213241p3137本文档共76页；当前第37页；编辑于星期二\5点25分Gband:Stainingwiththetrypsin-giemsamethodrevealsaseriesofalternatinglightanddarkbandscalledGbands.Trypsin处理、giemsa染色，将染色体染成明暗相间的带38本文档共76页；当前第38页；编辑于星期二\5点25分G-bandingThedyestainsregionsofchromosomesthatarerichinthebasepairsAdenine(A)andThymine(T)producingadarkbandAT丰富的染色体节段深染39本文档共76页；当前第39页；编辑于星期二\5点25分Q带：Q显带技术早在1970年为Caspersson及其同事们首先用荧光染料染制染色体标本，在荧光显微镜下这些染色体呈现暗亮不同的条纹，40本文档共76页；当前第40页；编辑于星期二\5点25分Normalcell46chromosomesCancercell80chromosomesChromosomeNumberVariations41本文档共76页；当前第41页；编辑于星期二\5点25分DownSyndrome/Trisomy21

Downsyndromewasoriginallydescribedin1866byJohnLangdonDown.42本文档共76页；当前第42页；编辑于星期二\5点25分C-Bandingonlystainscentromericregions(着丝粒区)43本文档共76页；当前第43页；编辑于星期二\5点25分1881年意大利的Balbiani发现于双翅目摇蚊幼虫的唾腺细胞。细胞内特殊的、体积很大的染色体。包括：多线染色体（polytenechromosome）灯刷染色体（lampbrushchromosome）

四、巨大染色体

giantchromosome

44本文档共76页；当前第44页；编辑于星期二\5点25分Endomitosis（核内有丝分裂）Chromocenter（染色中心）Bands（带）andinterbands（间带）LuxurygenesHouse-keepinggenesPolytenechromosomes

多线染色体15%DNA85%DNA45本文档共76页；当前第45页；编辑于星期二\5点25分带和间带(Bandsandinterbands):85%DNA15%DNAinterbands46本文档共76页；当前第46页；编辑于星期二\5点25分Puffsinplolytenechromosome:GeneactivityPuffs（胀泡）:transcriptionallyactivechromatin47本文档共76页；当前第47页；编辑于星期二\5点25分（二）灯刷染色体

Lampbrushchromosomes最早发现于鱼类、两栖类和爬行类卵母细胞减数分裂的双线期。由于染色体主轴两侧有侧环，状如灯刷，故名灯刷染色体IngrowingamphibianoocyteStayinmeiosisI48本文档共76页；当前第48页；编辑于星期二\5点25分StructureFunctions:TranscriptintoRNA,storage大部分DNA以染色粒形式存在，没有转录活性，而侧环是RNA活跃转录的区域。配对的灯刷染色体49本文档共76页；当前第49页；编辑于星期二\5点25分Section5nucleolus（核仁）---notsurroundedbyamembrane

50本文档共76页；当前第50页；编辑于星期二\5点25分Nucleolarultrastructure（核仁超微结构）Functionsofthenucleolus（核仁功能）Nucleoluscycle（核仁周期）Nuclearbodies(核体)Section5TheNucleolus

第五节核仁51本文档共76页；当前第51页；编辑于星期二\5点25分一、Nucleolarultrastructu

核仁的超微结构consistsofthreemorphologicallydistinctregions:fibrillarcenters(FC)--纤维中心densefibrillarcomponent(DFC)--致密纤维成分granularcomponent(GC)--颗粒成分Summaryofnucleolarultrastructure52本文档共76页；当前第52页；编辑于星期二\5点25分1.The

fibrillarcenters(FC):Oneormore(一个或几个)circularareas(圆形结构)pale(低电子密度、浅染)ContainsrDNA、rRNA聚合酶染色体NOR在间期核的副本53本文档共76页；当前第53页；编辑于星期二\5点25分2.densefibrillarcomponent(DFC):ElectrondensefilamentsaroundFC(电子密度最高，包绕FC)ContainsnascentrRNAtranscripts54本文档共76页；当前第54页；编辑于星期二\5点25分3.granularcomponent(GC):containsribosomalprecursoratvariousstagesofassembly.

不同阶段核糖体亚单位前体颗粒可被蛋白酶和RNase消化GC是核仁的主要结构GC组分数量的差异决定核仁的大小55本文档共76页；当前第55页；编辑于星期二\5点25分

ultrastructureoftheNucleolusFC:纤维中心DFC:致密纤维成分GC:颗粒成分56本文档共76页；当前第56页；编辑于星期二\5点25分Mammaliannucleolitypicallycontainseveralfibrillarcenters(FC),eachencircledbyalayerofdensefibrillarcomponent(DFC),whichinturnissurroundedbythegranularcomponent(GC).57本文档共76页；当前第57页；编辑于星期二\5点25分二、Functionsofthenucleolus

--ribosomalbiogenensis

核仁的功能——核糖体的生物发生Itsmainfunctionistranscription(转录)

andprocessing(加工)ofribosomalRNA

andassembly(组装)of

ribosomalsubunits.pre-rRNAsynthesisProcessAssemblyFC.DFCDFC.GCGC58本文档共76页；当前第58页；编辑于星期二\5点25分Summary组成功能FCrDNA储存rRNA基因DFCrRNA储存、加工rRNA初级转录本GCRNP组装、储存ribosome亚基59本文档共76页；当前第59页；编辑于星期二\5点25分rRNAgenesaretandemly(串联)arrayedChristmas-Liketreewhentranscribed游离端(5‘端)首先形成RNP颗粒(一)rRNA基因的转录TranscriptionofribosomalRNA60本文档共76页；当前第60页；编辑于星期二\5点25分

RibosomalRNAGenesrRNArRNAgene(rDNA)聚合酶移动及RNA链生长的方向61本文档共76页；当前第61页；编辑于星期二\5点25分pre-rRNAtranscriptionunits转录单位ShowingtworRNAgenesseperatedbynontranscribedspacerDNA.两个rRNA基因被分隔62本文档共76页；当前第62页；编辑于星期二\5点25分

aclusteroftandemlyrepeatedrRNAgenes

primaryRNAtranscript,knownas45SrRNA.串联重复排列增加了启动子的局部浓度RNA聚合酶Ⅰ能连续运作63本文档共76页；当前第63页；编辑于星期二\5点25分(二)rRNA前体的加工

45SRNA5.8SrRNA,18SrRNA,and28SrRNA.

ProcessingofribosomalRNA64本文档共76页；当前第64页；编辑于星期二\5点25分Assemblyofribosomalsubunits(三)核糖体亚单位的组装65本文档共76页；当前第65页；编辑于星期二\5点25分剪切45SrRNARibosomeAssembly(组装)manydifferentproteins

RNP(80S)+Smallsubun