细胞生物学第十章

第十章细胞核与染色体

细胞核的形态结构

染色质与染色体

核仁本文档共84页；当前第1页；编辑于星期二\5点29分掌握细胞核的基本结构、功能及其在细胞周期中的动态调控。掌握核孔复合体的形态结构及其在核与质之间物质双向运输中的作用。掌握染色质与染色体的概念和化学组成及其超微结构和有关包装模型。掌握染色体DNA的三大功能元件。熟悉有丝分裂各个时相的划分和标志性事件。本章要求：本文档共84页；当前第2页；编辑于星期二\5点29分掌握染色质中组蛋白的特点和类型，了解非组蛋白的特点和类型。了解核基质和核骨架的概念了解核仁的一般概念、化学组成、超微结构和功能。了解核纤层的功能及其在细胞周期中的变化。掌握本章节的名词概念，英文名词，辨析有关概念区别，熟悉与染色体相关的各种形态结构术语。本文档共84页；当前第3页；编辑于星期二\5点29分第十章细胞核与染色体1781年Trontana发现于鱼类细胞，1831年Brown发现于植物,并命名为细胞核（nucleus）。高等动物10-15um高等植物5-20um低等植物较小1-4um

细胞核是细胞中最大、最重要的细胞器。细胞核的形态和数量本文档共84页；当前第4页；编辑于星期二\5点29分第一节细胞核的形态结构核被膜染色质核仁核骨架:核体：除核仁和染色质外，细胞核中的亚核结构外核膜：核糖体颗粒，连接rER内核膜:无核糖体颗粒，含特异蛋白，连接核纤层核孔:有跨膜糖蛋白核周间隙：主要功能：遗传与发育核基质-核纤层本文档共84页；当前第5页；编辑于星期二\5点29分核纤层核基质本文档共84页；当前第6页；编辑于星期二\5点29分核被膜的功能：构成核、质之间的天然屏障，保证DNA复制、RNA转录和蛋白质翻译在不同的功能区（核和质）有序进行调控细胞核内外的物质交换和信息交流本文档共84页；当前第7页；编辑于星期二\5点29分核孔复合体(nuclearporecomplex,NPC)

本文档共84页；当前第8页；编辑于星期二\5点29分核孔复合体的结构:鱼笼模型(fish-trap)◆胞质环(cytoplasmicring)

细胞质颗粒(cytoplasmicgranular)纤维◆中央运输蛋白（栓）◆辐条(spoke)◆核质环(nucleoplasmicring)核孔复合体的结构与功能本文档共84页；当前第9页；编辑于星期二\5点29分

核孔复合体模型（环、辐和中央栓）包括对称分布的双层环带、八个圆锥状对称分布的辐、中央栓、颗粒纤维笼状体核被膜网格腔内亚单位柱状亚单位环带亚单位本文档共84页；当前第10页；编辑于星期二\5点29分NPC是由特殊的跨膜运输蛋白复合体构成的亲水通道。主要功能是实现核质和胞质之间物质交换。核孔复合体的功能:特点：双功能：双向性：主动运输被动运输（被动扩散和协助扩散）由NLS介导的核输入（亲核蛋白）由NES介导的核输出（RNA,RNP颗粒）见：书P314图：10-4本文档共84页；当前第11页；编辑于星期二\5点29分核孔的被动运输直径9-10nm分子量50kD亲水性通道本文档共84页；当前第12页；编辑于星期二\5点29分通过核孔复合体的主动运输具有高度的选择性，表现在：对运输颗粒大小的选择是信号识别载体的过程，需要ATP，表现饱和动力学特征运输方向具有双向性，即核输入和核输出本文档共84页；当前第13页；编辑于星期二\5点29分亲核蛋白的入核运输机制基本概念◆亲核蛋白：指在细胞质内合成，需要进入细胞核内发挥功能的一类蛋白质。◆核定位序列（NLS）：存在于亲核蛋白的不同部位，并使其“定向”地运输进细胞核的一段氨基酸序列，完成核输入后不被切除。本文档共84页；当前第14页；编辑于星期二\5点29分核定位序列（信号）猴肾病毒SV40的T抗原特点：①存在于亲核蛋白内的短的氨基酸序列，富含碱性氨基酸；②可在蛋白质的不同部位，连续或间隔存在；③完成核输入后不被切除。本文档共84页；当前第15页；编辑于星期二\5点29分亲核蛋白的输入机理◆亲核蛋白通过NPC的转运分结合与转移两步进行：●核输入蛋白importin（识别受体）●Ran蛋白是一种G蛋白，与核蛋白-输入蛋白importin复合体的解体和转运有关。本文档共84页；当前第16页；编辑于星期二\5点29分亲核蛋白从细胞质向细胞核输入的过程示意图：本文档共84页；当前第17页；编辑于星期二\5点29分RNA,RNP颗粒的核输出：◆

RNA核输出的实质是RNA-蛋白质复合体的转运◆核输出序列（NES）：与核输出有关的氨基酸序列◆核输出蛋白exportin本文档共84页；当前第18页；编辑于星期二\5点29分第二节染色质与染色体2.1染色质与染色体的慨念

染色质(Chromatin)是间期细胞内由DNA、组蛋白、非组蛋白和少量RNA组成的线状复合结构，是间期遗传物质存在的形式。

染色体(chromosome)是指细胞在有丝分裂或减数分裂（中期和后期）过程中，由染色质聚缩而成的棒状结构。●是遗传物质在细胞周期不同阶段的不同表现形式。本文档共84页；当前第19页；编辑于星期二\5点29分2.2染色质的类型间期染色质按其形态和染色性能区分为两类型：常染色质：折叠压缩程度低，伸展状态，碱性染料着色浅异染色质：折叠压缩程度高，凝集状态，碱性染料着色深异染色质分为结构异染色质和兼性异染色质本文档共84页；当前第20页；编辑于星期二\5点29分

结构异染色质是指各种类型的细胞除复制时期外在整个细胞周期均处于聚缩状态的异染色质。

兼性异染色质是指某些细胞类型或一定的发育阶段，由原来的常染色质凝缩，并丧失基因转录活性而变成的异染色质。本文档共84页；当前第21页；编辑于星期二\5点29分10.2.3染色质的化学组成DNA、组蛋白、非组蛋白和少量的RNA染色质DNA：

生物的基因组B型、A型、Z型DNA

染色质蛋白质：组蛋白：H1,H2A,H2B,H3,H4非组蛋白：本文档共84页；当前第22页；编辑于星期二\5点29分三种不同构象的DNA双螺旋（一）DNA本文档共84页；当前第23页；编辑于星期二\5点29分（二）组蛋白是真核生物染色体的基本结构蛋白，一类小分子的碱性蛋白，含带正电荷的精氨酸、赖氨酸等。共有5种，分为两类：核小体组蛋白：H2A、H2B、H3、H4H1组蛋白核小体组蛋白结构是非常保守，与DNA非特异结合，帮助DNA卷曲形成核小体稳定的结构。H1是多样性的，具有种属特异性和组织特异性。核小体结构中起连接作用。本文档共84页；当前第24页；编辑于星期二\5点29分（三）非组蛋白=序列特异性DNA结合蛋白,呈酸性、带负电荷。=非组蛋白的特性：①具有多样性②对DNA序列具有识别特异性③具有多种功能：除具有一些酶的特性以外，还参与染色体的构建；DNA复制；调控基因的表达等。

本文档共84页；当前第25页；编辑于星期二\5点29分几种主要序列特异性DNA结合蛋白的结构模式本文档共84页；当前第26页；编辑于星期二\5点29分（四）染色质的基本结构单位-----核小体10nm30nm本文档共84页；当前第27页；编辑于星期二\5点29分Modelofthenucleosomecoreparticle.TheDNAbackbonesareshowninbrownandturquoise.Thehistonesareshowninblue(H3),green(H4),yellow(H2A),andred(H2B).X射线衍射法揭示的核小体三维结构本文档共84页；当前第28页；编辑于星期二\5点29分

本文档共84页；当前第29页；编辑于星期二\5点29分核小体本文档共84页；当前第30页；编辑于星期二\5点29分核小体结构要点1、每个核小体单位是由200bp左右的DNA，一个组蛋白八聚体和一个分子的组蛋白H1组成.2、组蛋白八聚体构成核小体的核心结构。3、146bpDNA分子以左手方向盘绕八聚体1.75圈。4、组蛋白H1与DNA结合，锁住核小体DNA的进出口。5、两相邻核小体之间以DNA相连,典型长度60bp。本文档共84页；当前第31页；编辑于星期二\5点29分（五）染色体的多级螺旋结构模型一级结构------核小体串珠结构二级结构------螺线管（染色质纤维）三级结构------超螺线管或染色体骨架－放射环结构模型？四级结构------染色单体？本文档共84页；当前第32页；编辑于星期二\5点29分核小体和螺线管的结构11nm组蛋白H1对螺线管结构的稳定起关键作用本文档共84页；当前第33页；编辑于星期二\5点29分两种染色体装配结构模型：多级螺线模型染色体骨架－放射环结构模型DNA核小体螺线管超螺线管染色单体

压缩7倍压缩6倍压缩40倍压缩5倍8400倍本文档共84页；当前第34页；编辑于星期二\5点29分‘微带是染色体高级结构的单位,含18个环。AT本文档共84页；当前第35页；编辑于星期二\5点29分染色体的四级结构压缩7倍压缩6倍压缩40倍压缩5倍压缩8400倍本文档共84页；当前第36页；编辑于星期二\5点29分10.2.4中期染色体中期染色体是以两条姐妹染色单体(chromatid)构成,彼此以着丝粒相连。形态结构本文档共84页；当前第37页；编辑于星期二\5点29分染色体的电镜照片本文档共84页；当前第38页；编辑于星期二\5点29分染色体的主要形态结构：着丝粒（centromere）主缢痕(primaryconstriction)随体(satellite)核仁组织中心(nucleolarorganizingregion,NORs)端粒(telomere)次缢痕(secondaryconstriction)本文档共84页；当前第39页；编辑于星期二\5点29分着丝粒与动粒着丝粒（centromere）和动粒或着丝点（kinetochore）是两个不同的概念，前者指中期染色单体相互联系在一起的特殊部位，后者指主缢痕处两个染色单体与仿锤丝微管相接的部位。本文档共84页；当前第40页；编辑于星期二\5点29分着丝粒与动粒本文档共84页；当前第41页；编辑于星期二\5点29分着丝粒含3个结构域：动粒结构域（kinetochoredomain）：位于着丝粒的表面，由外板、内板、中间区和围绕外层的纤维冠。为染色体的分离提供能量。中央结构域（centraldomain）：着丝粒区的主体,含有高度重复的α卫星DNA。配对结构域（paringdomain）：位于着丝粒结构的内层，中期两条染色单体配对有关。本文档共84页；当前第42页；编辑于星期二\5点29分四种不同位置着丝粒的染色体中着丝粒染色体m亚中着丝粒染色体sm亚端着丝粒染色体st端着丝粒染色体t本文档共84页；当前第43页；编辑于星期二\5点29分主缢痕与次缢痕本文档共84页；当前第44页；编辑于星期二\5点29分染色体DNA具有3种基本功能元件：③端粒DNA序列

（TEL）

，由长5-10bp的重复单位串联而成。①自主复制DNA序列（ARS，autonomousreplicatingsequence)，是DNA复制的起点。酵母基因组含200-400个ARS，大多数具有一个11-14bp富含AT的一致序列（ACS）。②着丝粒DNA序列(CEN)，由大量串联的重复序列组成，如α卫星DNA，其功能是参与形成着丝粒，使细胞分裂中染色体能够准确地分离.本文档共84页；当前第45页；编辑于星期二\5点29分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。本文档共84页；当前第46页；编辑于星期二\5点29分10.2.5核型与染色体显带

核型(karyotype)：一个物种恒定的染色体组在有丝分裂中期的表型，包括染色体数目、大小、形态特征的总和。染色体组：一套单倍体的所有染色体。

核型模式图：将一个染色体组的全部染色体按其特征绘制下来，再按长短、形态等特征排列起来的图。本文档共84页；当前第47页；编辑于星期二\5点29分豌豆核型图2n=14本文档共84页；当前第48页；编辑于星期二\5点29分genomeviewBLASTsearchthehumangenome

本文档共84页；当前第49页；编辑于星期二\5点29分Q带（Q-banding）：用荧光染料喹卡因（quinacrine）染色，在荧光显微镜下观察显现明暗不同的带。一般显现富含A-T碱基的DNA区段(亮带)。G带(Giemsa-banding)：用盐溶液、胰酶或碱处理染色体，Giemsa染料染色，再光镜下可观察到明暗不同的特征带。一般显现富含A-T碱基的DNA区段（暗带）。染色体显带技术：Q、G、C、N、T带本文档共84页；当前第50页；编辑于星期二\5点29分C带(Constitutive-banding)：经酸、碱、盐溶液处理，Giemsa染料染色，显现的明暗带。主要是结构异染色质区带。N带(NOR-banding)：用Ag-As染色法。主要显现的是核仁组织区。T带（terminal-banding）：是对染色体末端区的特殊显带法，能够产生特殊的末端带型。本文档共84页；当前第51页；编辑于星期二\5点29分本文档共84页；当前第52页；编辑于星期二\5点29分的中国春小麦C-分带标准带型本文档共84页；当前第53页；编辑于星期二\5点29分本文档共84页；当前第54页；编辑于星期二\5点29分FISH荧光分带技术本文档共84页；当前第55页；编辑于星期二\5点29分本文档共84页；当前第56页；编辑于星期二\5点29分第三节核仁（necleolus）核仁周期：核仁是一种动态结构，随细胞周期的变化而变化，有形成-消失-再形成的过程，这种变化称为核仁周期。核仁见于间期的细胞核内，呈圆球形，核仁在分裂前期消失，分裂末期又重新出现。核仁的主要功能是转录rRNA和组装核糖体亚单位。本文档共84页；当前第57页；编辑于星期二\5点29分10.3.1核仁的超微结构：③颗粒组分(granularcomponent，GC)：由直径15-20nm的颗粒构成，是不同加工阶段的RNP。①纤维中心(fibrillarcenters，FC)：是被致密纤维包围的一个或几个低电子密度的圆形结构，主要成分为RNA聚合酶和rDNA，②致密纤维组分(densefibrillarcomponent，DFC)：呈环形或半月形包围FC，由致密的纤维构成，是新合成的rRNA-

RNP，转录主要发生在FC与DFC的交界处。本文档共84页；当前第58页；编辑于星期二\5点29分本文档共84页；当前第59页；编辑于星期二\5点29分

核仁组织中心形成核仁核仁周边染色质核仁内染色质：

属常染色质，即NORs，rDNA所在的位置，其精细结构呈灯刷状，合成核糖体28S、18S、

5.8S

rRNA

。本文档共84页；当前第60页；编辑于星期二\5点29分10.3.2核仁的功能核仁是细胞制造核糖体的场所,包括rRNA的合成、rRNA前体加工和核糖体亚单位的装配,控制蛋白质合成的速度等。原核生物的核糖体70SrRNA,由50S大亚基(23S和5S大亚单位)和30S小亚基(16S小亚单位)。真核生物核糖体80SrRNA,由60S大亚基(28S、5.8S、5S大亚单位)和40S小亚基(18S小亚单位)。见P360图10-36本文档共84页；当前第61页；编辑于星期二\5点29分核仁中进行的核糖体装配核仁组织区的DNA环细胞质合成的核糖体蛋白大(80S)RNP加工过程中再循环的RNA和蛋白质未成熟的大亚单位大亚单位运输并活化产生功能核糖体核仁外转录的5SrRNATheend本文档共84页；当前第62页；编辑于星期二\5点29分8.2.6几类特殊的染色体1．多线染色体1881年意大利的Balbiani发现于双翅目摇蚊幼虫的唾腺细胞。特点：①体积巨大②多线性，每条多线染色体由500-4000条解旋的染色体合并在一起形成。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横带纹，染色后呈现出明暗相间的带纹。⑤膨突和环本文档共84页；当前第63页；编辑于星期二\5点29分本文档共84页；当前第64页；编辑于星期二\5点29分图12-26唾腺染色体本文档共84页；当前第65页；编辑于星期二\5点29分2．灯刷染色体最早发现于鱼类、两栖类和爬行类卵母细胞减数分裂的双线期。双线期是卵黄合成的旺盛期。由于染色体主轴两侧有侧环，状如灯刷，故名灯刷染色体。侧环是RNA活跃转录的区域。本文档共84页；当前第66页；编辑于星期二\5点29分3．B染色体1928年伦道夫（Randolph）把生物的正常染色体叫做A染色体，而把存在于许多动、植物中，形态和行为不同于A染色体的超数染色体称B染色体。本文档共84页；当前第67页；编辑于星期二\5点29分◆人工染色体(artificialchromosome)

人工构建的含有稳定染色体的天然结构序列，即ARS、CEN、TEL序列的微小染色体，可以象天然染色体一样在寄主细胞中稳定复制和遗传，称为人工染色体。本文档共84页；当前第68页；编辑于星期二\5点29分Yeastartificialchromosome本文档共84页；当前第69页；编辑于星期二\5点29分有本文档共84页；当前第70页；编辑于星期二\5点29分端粒的形成端粒酶结合端粒酶延伸3‘端（以RNA为模板合成DNA）由DNA聚合酶完成后随链（以DNA为模板合成DNA）亲链新合成的不完整的后随链带RNA模板的端粒酶端粒酶合成本文档共84页；当前第71页；编辑于星期二\5点29分各种生物的染色体形态结构不仅是相对稳定的，而且数目一般是成对存在的

本文档共84页；当前第72页；编辑于星期二\5点29分

爪蟾卵母细胞核质蛋白注射实验核定位信号及其作用----有限的蛋白水解尾部包裹的胶体金颗粒显微注入爪蟾卵母细胞的细胞质放射自显影检测电镜检测胶体金核质蛋白：165KD，五聚体本文档共84页；当前第73页；编辑于星期二\5点29分核定位序列（信号）单信号双重信号本文档共84页；当前第74页；编辑于星期二\5点29分本文档共84页；当前第75页；编辑于星期二\5点29分10.6细胞核骨架狭义的核骨架：核基质广义的核骨架：核基质、核纤层-核孔复合体