细胞生物学教程细胞核精.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第十二章 细胞核,THE CELL NUCLEUS,1781,年,Trontana,发现于鱼类细胞；,1831,年，,Brown,发现于植物。,大小：植物,14m,，动物,10m,。常以核质比来估算核的大小。正常细胞,NP0.5,，分裂期细胞,NP0.5,，衰老细胞,NP10,5,）。,3,种构像：,B-DNA,、,Z-DNA,、,A-DNA,。,3,种基本元素：,自主复制序列,(ARS),，是,DNA,复制的起点。,着丝粒序列,(CEN),，含,卫星,DNA,。,端粒序列,(TEL),。,酵母人工染色体,(YAC),：含上述,3,种成分，用于转基因。,Three,DNA,conformations,Three key regions of a chromosome,带正电荷，含,Arg,，,Lys,，属碱性蛋白，共,5,种，分为：,核心组蛋白（,core histone,）：,H2A,、,H2B,、,H3,、,H4,；,连接组蛋白（,linker histone,）：,H1,。,结构：高度保守，尤其是,H4,。,核心组蛋白由球形部和尾部构成，球形部借,Arg,与磷酸二脂骨架间的静电作用使,DNA,分子缠绕在组蛋白核心上，形成核小体，尾部含有大量,Arg,和,Lys,，为组蛋白转译后进行修饰的部位。,H1,多样性，具有属,(genus),和组织特异性。,（二）组蛋白,序列特异性,DNA,结合蛋白。,特性：,含有较多天冬氨酸、谷氨酸，带负电荷，属酸性蛋白质。,整个细胞周期都进行合成，组蛋白只在,S,期合成。,能识别特异的,DNA,序列，识别与结合籍氢键和离子键。,功能：帮助,DNA,折叠；协助,DNA,复制；调节基因表达。,（三）非组蛋白,二、染色质的结构,人体的一个细胞核中有,23,对染色体，每条染色体的,DNA,双螺旋若伸展开，平均长为,5cm,，核内全部,DNA,连结起来约,1.72.0m,。,nucleosomes(10 nm),c,ondensed form(30 nm),二、从,DNA,到染色体,核小体（,nucleosome,）：一种串珠状结构，由核心颗粒和连结线,DNA,两部分组成，通过酶消化实验建立。,每个核小体单位包括约,200bp,的,DNA,、一个组蛋白核心和一个,H1,；,由,H2A,、,H2B,、,H3,、,H4,各两分子形成八聚体，构成核心颗粒；,DNA,分子以左手螺旋缠绕在核心颗粒表面，每圈,80bp,，共,1.75,圈，约,146bp,，两端被,H1,锁合；,相邻核心颗粒之间为一段,60bp,的连接线,DNA,。,通过核小体，,DNA,长度压缩,7,倍，形成,11nm,的纤维。,但是在电镜下观察用温和方法分离的染色质是直径,30nm,的纤维，这种纤维的形成有两种解释：由核小体螺旋化形成，每,6,个核小体绕一圈，长度压缩,6,倍；由核小体纤维,Z,字形折叠而成，长度压缩,40,倍。,对于更高级染色体包装方式，至今尚不明确。目前多认为,30nm,的纤维折叠为一系列的环（,loop,）结合在核骨架上（或称染色体骨架），结合点是富含,AT,的区域。,solenoid,Chromatin Packing,Chromatin Packing,三、异染色质和常染色质,间期核中染色质可分为异染色质（,heterochromatin,）和常染色质（,enchromatin,）。异染色质的特点：,在间期核中处于凝缩状态，无转录活性、是遗传惰性区。,在细胞周期中表现为晚复制、早凝缩（异固缩现象）。,分为两类：结构（恒定）异染色质（,constitutive heterochromatin,）、兼性（功能）异染色质（,facultative heterochromatin,）,巴氏小体（,barr body,）。雌性哺乳动物细胞中一条异固缩化的,X,染色体。,人的胚胎发育到,16,天以后，出现巴氏小体。,barr body,四、染色体,一、染色体相关的术语,随体,次缢痕,主缢痕,端粒,长臂,短臂,核仁组织区（,nucleolar orgnizing regions NORs,）,构成核仁，位于染色体的次缢痕区，但并非所有的次缢痕都是,NORs,。,How a nucleolus is organized,端粒（,telomere,）：由高度重复的短序列组成，高度保守。,作用：,维持染色体的稳定性。,起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,50100bp,，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。,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，称为多倍体。,染色体的数目因物种而异，如人类,2n=46,，黑猩猩,2n=48,，果蝇,2n=8,，家蚕,2n=56,，小麦,2n=42,，水稻,2n=24,，洋葱,2n=16.,（二）染色体的数目,着丝粒（,centromere,）和着丝点（,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外侧与纺锤体微管连接的部位。,着丝粒包含,3,个结构域,1,、着丝点结构域（,kinetochore domain,）,位于着丝粒的表面，包括三层板状结构和围绕外层的纤维冠,(fibrous corona),。,（三）着丝粒的结构,OP,interzone,IP,Satellite DNA(FISH image),2,、中央结构域,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,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。,对于着丝粒蛋白研究主要是使用,ACA,来研究的。用,ACAs,发现鉴定出来的,CENP,主要有,6,种，即：,CENP-A,至,F,。,Centromeric proteins,Proteins associated with the centromere have been identified using antibodies from scleroderma patients,CENP proteins,CENP-Acentromere-specific histone,CENP-Bbinds central domain satellite DNA,CENP-Cbinds kinetochore,CENP-Dbinds kinetochore,CENP-Ekinesin-like motor,involved in chromatid segregation,CENP-F binds kinetochore,INCENP proteins,INCENP-Asister chromatid association,INCENP-Bsister chromatid association,1.,核型：即细胞分裂中期染色体特征的总和。包括染色体的数目、大小和形态特征等方面。,2.,带型：染色体经物理、化学因素处理后，再进行分化染色，使其呈现特定的深浅不同带纹（,band,）的方法。,分带技术可分为两类：,一类是产生的染色带分布在整过染色体的长度上如：,Q,、,G,和,R,带，另一类是局部性的显带，如,C,、,Cd,、,T,和,N,带。,（四）核型与带型,1.,多线染色体：,由,Balbiani(1881),发现于摇蚊幼虫唾腺细胞，特点：,体积巨大，是由于核内有丝分裂的结果；,多线性；,体细胞联会；,横带纹。,膨突和环。在幼虫发育的某个阶段，多线染色体的某些带区疏松膨大，形成膨突（,puff,），或巴氏环（,Balbiani ring,）。用,H,3,-UdR,处理细胞，发现膨突被标记，说明膨突是基因活跃转录的区域。,（五）几类的特殊的染色体,Polytene chromosomes,Lampbrush chromosome from,Pleurodeles,oocyte,Polytene chromosome,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。,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，形态和行为不同为,A,染色体的超数染色体呈,B,染色体。,第三节 核仁,核仁（,nucleolus,）见于间期的细胞核内，呈圆球形，一般,12,个，有时多达,35,个。主要功能是转录,rRNA,和组装核糖体单位。,一般蛋白质合成旺盛和分裂增殖较快的细胞有较大和数目较多的核仁，反之核仁很小或缺如。,核仁在分裂前期消失，分裂末期又重新出现。,一、核仁形态,纤维中心,(fibrillar centers,，,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,，这些,rDNA,是裸露的分子。,致密纤维组分,(dense fibrillar component,，,DFC),：呈环形或半月形包围,FC,，由致密的纤维构成，是新合成的,RNP,，转录主要发生在,FC,与,DFC,的交界处。,颗粒组分,(granular component,，,GC),：由直径,15-20 nm,的颗粒构成，是不同加工阶段的,RNP,。,Nucleolus,（一）核糖体的结构,含,40%,的蛋白质、,60%,的,RNA,，由两个亚单体构成。,分为,70S,和,80S,两种类型。,由大小两个亚基构成，只在以,mRNA,为模板合成蛋白质时才结合在一起，肽链合成终止后，大小亚单位又解离。,核糖体并不是单独工作的，而是由多个甚至几十个串连在一条,mRNA,分子上，称多聚核糖体（,polyribosome,）。,二、核糖体,ribosome,核糖体的组成,Protein Synthesis,（二）核糖体组装,rRNA,基因是重复的多拷贝基因。人的一个细胞中约有,200,个拷贝，,rDNA,没有组蛋白核心，是裸露的,DNA,节段，相邻基因之间为非转录的间隔,DNA,。,转录时，,RNA,聚合酶沿,DNA,分子排列，此酶由基因头端向末端移动，转录好的,rRNA,分子从聚合酶处伸出，愈近末端愈长，从左右两侧均可伸出，呈羽毛状。,rRNA,首先出现在纤维部，而后转向颗粒部。,纤维部的纤维状物质是新合成的,45SrRNA,，它与蛋白质形成,RNP,复合体。,45SrRNA,甲基化以后经,RNA,酶裂解形成,18s,、,28s,、,5.8srRNA,。成熟的,rRNA,仅为,45srRNA,的一半，丢失的大部分是非甲基化和,GC,含量较高的区域。,5SrRNA,通常定位在常染色体，合成后被转运至核仁区参与大亚基的装配。,第四节 核骨架,nucleoskeleton,核基质（,nuclear matrix,）或称核骨架，为真核细胞核内的网络结构，是指除核被膜、染色质、核纤层及核仁以外的核内网架体系。,非组蛋白性纤维蛋白，,10,多种次要蛋白质，包括肌动蛋白和波形蛋白，后者构成核骨架的外罩。核骨架碎片中还存在三种支架蛋白（,scaffold proteins,，,SC,、,SC,、,SC),，,SC,则是,DNA,拓朴异构酶,。,少量,RNA,（占,0.5%,）和,DNA(,占,0.8%,，即：,MAR),。,少量磷脂（,1.6%,）和糖类（,0.9%,）。,（一）核基质的组成,1.,为,DNA,的复制提供支架,结合有,DNA,复制所需要的酶。,2.,是基因转录加工的场所,有,RNA,聚合酶的结合位点，,RNA,的合成在核骨架上进行。,3.,与染色体构建有关,一般认为核骨架与染色体骨架为同一类物质，,30nm,的染色质纤维就是结合在核骨架上，形成放射环状的结构，在分裂期进一步包装成光学显微镜下可见的染色体。,（二）核骨架的功能,Chromosome Structure,