第10章-2 细胞核与染色体.ppt

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,*,三、染色质蛋白质,负责,DNA,分子遗传信息的组织、复制和阅读,组蛋白,(,histone,),：,是真核生物染色体的基本结,构蛋白,是一类小分子,碱性,蛋白质,有,5,种类型,即,H1,、,H2A,、,H2B,、,H3,、,H4,，,它们富含,带,正电荷,的碱性氨基酸，能够同,DNA,中带负电,荷的磷酸基团相互作用。,染色质中的组蛋白与,DNA,的含量之比为：,11,。,组蛋白的功能,:,核小体组蛋白,(,nucleosomal,histone,),包括,H2A,、,H2B,、,H3,和,H4,作用是与,DNA,组装成核小体,H1,不参加核小体的组建,在构成核,小体时起连接作用,并赋予染色质以,极性。,非组蛋白,(,nonhistone,),概念,:,是,指细胞核中组蛋白以外的与,DNA,结合的蛋白质。,特性,:,非组蛋白具多样性和异质性,对,DNA,具有识别特异性，又称序列特异性,DNA,结合蛋白,(sequence specific DNA,binding proteins),具有多种功能，包括基因表达的调控和染,色质高级结构的形成。,呈酸性、带负电荷。,非组蛋白的功能,:,参与染色体的构建,;,启动,DNA,的,复制,;,控制基因转录,调控基因的表达。,四、核小体（,n,ucleosome,）,核小体的结构要点,:,由,200,个左右碱基对的,DNA,和四种组蛋白结合而成；,其中四种组蛋白,(H2A,、,H2B,、,H3,、,H4),各,2,分子组成,八聚体的小圆盘，是核小体的核心结构；,146,个碱基对的,DNA,绕在小圆盘外外面,1.75,圈。每一,分子的,H1,与,DNA,结合,起稳定核小体结构的作用；,两相邻核小体之间以连接,DNA(linker DNA),相连,长度,为,0,80bp,不等。,图,1,图,2,The organization of chromatin in,nucleosomes,五、染色质的包装模型,（一）多级螺旋模型 图,1,图,2,核小体,螺线管,超螺线管,染色体,从核小体开始到染色体,DNA,总共压缩,:,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,30nm,纤维,（二）染色体骨架放射环模型,核小体,螺线管,绕染色体骨架的袢环,染色体,多线染色体 灯刷染色体,总结：染色体的四级结构,六、常染色质和异染色质,常染色质,(,euchromatin,),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。,特征,:,DNA,包装比约为,1 000,2 000,分之一,单一序列,DNA,和中度重复序列,DNA(,如组蛋,白基因和,tRNA,基因,),并非所有基因都具有转录活性,常染色质状态,只是基因转录的必要条件而非充分条件,异染色质,(heterochromatin),：,概念：指在整个间期,仍然保持折叠压缩,处于聚缩状态,碱性染料染色时着色较深,的染色质组分。,类型,结构异染色质（或组成性异染色质,）,(constitutive heterochromatin),兼性异染色质,(facultative heterochromatin),结构异染色质,除复制期以外，在整个细胞周期均处于聚缩状态，,形成多个染色中心,结构异染色质的特征：,在中期染色体上多定位于着丝粒区、端粒、次缢痕,及染色体臂的某些节段,呈现,C,带染色；,由相对简单、高度重复的,DNA,序列构成,如卫星,DNA,；,具有显著的,遗传惰性,不转录也不编码蛋白质；,在复制行为上与常染色质相比表现为晚复制早聚缩；,在功能上参与染色质高级结构的形成，导致染色质区,间性，作为核,DNA,的转座元件，引起遗传变异。,兼性异染色质,在某些细胞类型或一定的发育阶段,原来的常染色质聚缩,并丧失基因转录活性,变为异染色质，如,X,染色体随机失活,异染色质化可能是关闭基因活性的一种途径,活性染色质：具有转录活性的染色质,非活性染色质：无转录活性的染色质,第三节,染色体,中期染色体的形态结构,染色体,DNA,的三种功能元件,（,functional elements,）,巨大染色体,（,giant chromosome,）,一,.,中期染色体的形态结构,中期染色体的典型,形态,类型,染色体的主要结构,染色体的电镜照片,类 型,中着丝粒染色体,近（,亚）中着丝粒染色体,近（,亚）端着丝粒染色体,端着丝粒染色体,图,根据着丝粒位置进行的染色体分类,着丝粒位置,染色体符号,着丝粒比,着丝粒指数,中着丝粒,中着,亚中着丝粒,近端着丝粒,端着丝粒,m,sm,st,t,1.00,1.67,1.68,3.00,3.01,7.00,7.01,00,7.00,7.01,00,0.500,0.375,0.374,0.250,0.294,0.125,0.124,0.000,长臂长度短臂长度,;,短臂长度染色体总长度,(,根据,Levan,等,1964;Green,等,1980),染色体的主要结构,图,着丝粒与,动粒,主缢痕,次缢痕,核仁组织区,(,nucleolar,organizing,region,NOR),随体,端粒,染色体主要结构,着丝粒,与着丝点,(,动粒,),着丝点结构域,内板,中间间隙,外板,纤维冠,中央结构域,配对结构域：,内部着丝粒蛋白,INCENP,染色单体连接蛋白,clips,roteins,),图,着丝粒与动粒,二,.,染色体,DNA,的,三种功能元件,（,functional elements,）,自主复制,DNA,序列,(autonomously replicating DNA sequence,ARS),：,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,(,centromere,DNA sequence,CEN),：,两个相邻的核心区：,80-90bp,的,AT,区；,11bp,的保守区。,端粒,DNA,序列：,端粒序列的复制,端粒酶，在生殖细胞和部分干细胞中有端粒酶活性，,端粒重复序列的长度与细胞分裂次数和细胞衰老有关。,三,.,巨大染色体,多线染色体,（,polytene,chromosome,）,灯刷染色体,（,lampbrush,chromosome,）,多线染色体,图,存在于双翅目昆虫的,幼虫组织细胞,、某些植物细胞,多线染色体的,来源,：核内有丝分裂,多线染色体的,带及间带,：,带和间带都含有基因，可能“管家”基因,(housekeeping gene),位于间带,“,奢侈”基因,(luxury gene),位于带上。,多线染色体与基因活性：,胀泡,是基因活跃转录的形态学标志,Polytene,chromosome,灯刷染色体,灯刷染色体是卵母细胞进行减数第一次分裂时停留在双线期的染色体。,灯刷染色体的,超微结构,图,灯刷染色体的转录功能,灯刷染色体,第四节,核,仁,(nucleolus),核仁的超微结构,核仁的功能,核仁周期,一、核仁的超微结构,图,纤维中心,(,fibrillar,centers,FC),致密纤维组分,(dense,fibrillar,component,DFC),颗粒组分,(granular component,GC),核仁相随染色质,(,nucleolar,associated chromatin),与核仁基质（,(,nucleolar,matrix),Structure of the nucleolus,二、,核仁的功能,核仁是细胞制造核糖体的装置。,rRNA,的合成,rRNA,前体的加工,参与核糖体大小亚基的装配,控制蛋白质合成的速度,rRNA,基因转录的形态及组织特征,组织特征位于,NORs,的,rDNA,是,rRNA,的,信息来源。,形态特征,:“,圣诞树”样结构。,rRNA,基因的转录采取受控的级联放大机制。,rRNA,前体的加工,加工过程,修饰,与加工,小分子核仁,RNA(snoRNAs,),、,小分子核仁核糖核蛋白（,snoRNPs,）,引导,RNA,（,guide RNA,）,核糖体亚单位的,组装,图,1,图,2,加工下来的蛋白质和小的,RNA,存留在,核仁中,可能起着催化核糖体构建的作用；,核糖体的成熟作用只发生在转移到细胞,质以后,从而阻止有功能的核糖体与核内,加工不完全的,hnRNA,分子接近；,核仁的另一个功能涉及,mRNA,的输出与降解,输出与降解。,Ribosome,组装过程,核仁中进行的核糖体装配,三、核仁周期,核仁的,动态变化,核仁结构的,动态变化依赖于,rDNA,转录活性和细胞周期的运,行,四、核体,间期核内除染色质与核仁结构外，在染色质之间的空间还含许多形态上不同的亚核结构域,（,subnuclear,domain,），,统称为核体。如螺旋体和早幼粒细胞白血病蛋白体。,在细胞的各种事件中，核体可能与不同核组分的合成、组装和储存有关。,螺旋体（,coiled bodies,，,CBs,）,小核糖核蛋白质（,sn,RNPs,）、,细胞周期控,制蛋白 和几种基本转录因子，如,p80,coilin,螺旋体的功能,与,snRNP,的生物发生（,biogenesis,）,有关；,CBs,在基因表达协调反馈调节中有作用。,早幼粒细胞白血病蛋白体,PML,体的功能,转录调节,病毒感染的靶结构,PML,体组成的改变与某些疾病,表型的发生有关,PML,蛋白的功能可能是作为负生,长调节子和肿瘤抑制子而发挥作用,PML,可能介导程序性细胞死亡，,PML,体在细胞周期调控中起作用,第五节 染色质结构和基因转录,活性染色质及其主要特征,染色质结构与基因转录,一、活性染色质及其主要特征,活性染色质,(active chromatin),与,非活性染色质,(inactive chromatin),活性染色质主要特征,（一）活性染色质与非活性染色质,活性染色质是具有转录活性的染色质,活性染色质的核小体发生构象改变，具,有疏松的染色质结构，从而便于转录调,控因子与顺式调控元件结合和,RNA,聚合,酶在转录模板上滑动。,非活性染色质是没有转录活性的染色质,（二）活性染色质主要特征,活性染色质具有,DNase,I,超敏感位点,（,DNase,I hypersensitive site,）,染色质活性基因,DNase,I,敏感性的,检测,活性染色质在生化上具有特殊性,活性染色质很少有组蛋白,H1,与其结合；,活性染色质的组蛋白乙酰化程度高；,活性染色质的核小体组蛋白,H2B,很少被磷酸 化；,活性染色质中核小体组蛋白,H2A,在许多物种,很少有变异形式；,HMG14,和,HMG17,只存在于活性染色质中。,二、染色质结构与基因转录,疏松染色质结构的形成,染色质的区间性,染色质模板的转录,（一）疏松染色质结构的形成,DNA,局部结构的改变与核小体相位的影响,当调控蛋白与染色质,DNA,的特定位点结合时，,染色质易被引发二级结构的改变；进而引起其,它的一些结合位点与调控蛋白的结合。,核小体通常定位在,DNA,特殊位点而利于转录,组蛋白的修饰,组蛋白的修饰改变染色质的结构，直接或间接,影响转录活性,组蛋白赖氨酸残基,乙酰基化,（,acetylation,），,影响转录,HMG,结构域蛋白的影响,HMG,结构域可识别某些异型的,DNA,结构，与,DNA,弯折和,DNA-,蛋白质复合体高级结构的形成有关,（二）染色质的区间性,基因座控制区（,locus control region,LCR,）,染色体,DNA,上一种顺式作用元件，具有稳定,染色质疏松结构的功能；,与多种反式因子的结合序列可保证,DNA,复制,时与启动子结合的因子仍保持在原位。,隔离子（,insulator,）,防止处于阻遏状态与活化状态的染色质结构,域之间的结构特点向两侧扩展的染色质,DNA,序列，称为隔离子。,作用：作为异染色质定向形成的起始位点；,提供拓扑隔离区,（三）染色质模板的转录,基因转录的模板不是裸露的,DNA,，,染色质是否处于活化状态是决定转录功能的关键,转录的“,核小体犁,”（,nucleosome,plow,）,假说,