中国海洋大学细胞生物学13间期细胞核02.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,*,*,*,凝集蛋白在染色质压缩与折叠中作用图解,1/56,染色体可依据着丝粒位置分为四种类型,中央着丝粒,染色体,亚中央着丝粒,染色体,近端着丝粒,染色体,端着丝粒,染色体,主缢痕,次缢痕,2.中期染色体分子结构,第一节 细胞核形态结构,2/56,四类染色体分类标准,相对长度,(relative length):单条染色体长度/(单倍常染色体+X染色体)总长度100%；,臂指数,(arm index):指染色体长臂与短臂比率（长臂/短臂）；,着丝粒指数,(centromere index):短臂/整个染色体长度100%（短臂占整条染色体长度比率）,第一节 细胞核形态结构,染色体类型,相对长度,臂指数,着丝粒指数,染色体臂数,中央着丝粒染色体,对于不一样染色体，该数值不一样,1.01.7,50.037.5,2,亚中央着丝粒染色体,1.73.0,37.525.0,2,亚端部着丝粒染色体,3.07.0,25.012.5,2,端部着丝粒染色体,7.0,12.50,1,3/56,(1),着丝粒,(centromere),第一节 细胞核形态结构,位于染色体主缢痕处,4/56,着丝粒：,着丝粒DNA序列,特异性着丝粒蛋白,5/56,染色体着丝粒、动粒电镜图像与动粒结构模型,(a)显示着丝粒扫描电镜照片(自Jerome B.Rattner,1991);,(b)动粒透射电镜图像(自J.D.Pickett-Heaps and L.C.Fowke,1970);,(c)示动粒三层式结构(自B.R.Brinkley et al,1985).,动粒为动粒微管组织中心：,组织形成动粒微管，参加姊妹染色单体向细胞两极分离,第一节 细胞核形态结构,6/56,第一节 细胞核形态结构,有些昆虫,(如蜜蜂、马蜂),、,一些显花植物,(如非洲罗兰),和,酵母,没有显著动粒结构，微管直接和染色质相连。,(a)非洲紫罗兰,(,Saintpalia ionantha,),细胞有丝分裂时，微管(MT)插入到界限含糊着丝粒区;,(b)中国仓鼠细胞有丝分裂时，微管与着丝粒动粒(K)结合，动粒在电镜下呈三层式结构(箭头所指)。染色体周围存在着一些膜碎片(M).,动物与植物细胞有丝分裂时着丝粒形态差异,7/56,染色体着丝粒-动粒复合体结构模式图解,示复合体三个结构域,为两条染色单体相互连接区域，当前在此域中发觉了,内着丝粒蛋白INCENP,和,染色单体连接蛋白CLIPs,，对,染色体配对连接和分离,有主要作用,Plata(1990)将哺乳动物细胞中染色体主缢痕区域称为,着丝粒-动粒复合体,，并提出了着丝粒-动粒复合体结构模型，将其分为,动粒域,(kinetochore domain),、,中心域,(central domain),和,配对域,(pairing domain),三个结构域。,动粒,纤维冠,(主要是马达蛋白),动粒域与动粒微管连接，是,支配染色体运动和分离,主要结构,含有高度重复DNA，对,着丝粒动粒复合体,结构形成和正常功效维持,有主要作用,第一节 细胞核形态结构,8/56,(2),端粒,(telomere),由端粒DNA与端粒蛋白组成,第一节 细胞核形态结构,维持染色体稳定性；,确保DNA完全复制；,参加染色体在核内分布。,功效：,端粒酶表示：,端粒,长,：细胞分裂和存活,端粒,短,：不能分裂甚至不能存活,9/56,与核仁形成相关,(3),核仁组织区,(nucleolus-organizing region,NOR),第一节 细胞核形态结构,位于次缢痕处,可活跃合成18S、5.8S和28SrRNA,拥有核仁组织区染色体,核仁组织染色体：,人类有5对同源染色体均为核仁组织染色体,10/56,3.染色体DNA关键序列(key sequence),自主复制DNA序列,(autonomously replicating sequence,ARS)：,DNA自主复制；,着丝粒DNA序列,(centromere DNA sequence,CEN)：,DNA平均分配；,端粒DNA序列,(telomere DNA sequence,TEL)：,DNA复制完整性,。,第一节 细胞核形态结构,11/56,12/56,第一节 细胞核形态结构,四膜虫染色体中端粒完整复制机制图解,13/56,酵母人工染色体,(yeast artificial chromasome,YAC,)：,酵母人工染色体(YAC)结构图解,YAC载体,人类DNA,利用YAC载体克隆人类DNA操作图解,第一节 细胞核形态结构,14/56,4.特殊染色体,(1)多线染色体,(polytene chromosome),第一节 细胞核形态结构,(2)灯刷染色体,(lampbrush chromosome),(3)B染色体,(B chromosome),15/56,(1),多线染色体,(polytene chromosome),第一节 细胞核形态结构,果蝇唾液腺细胞中多线染色体,16/56,第一节 细胞核形态结构,一段果蝇多线染色体电镜照片及多线染色体形成机制图解,(a)果蝇多线染色体光镜照片，示带与间带相间排列；(b)多线染色体电镜图象，示一条染色体中染色质纤维；(c)多线染色体形成机制示意图，多线染色体产生于核内有丝分裂,17/56,多线染色体中蓬突现象，示巴氏环,(a)多线染色体及其蓬突电镜照片；(b)处于不一样表示阶段巴氏环；,(c)巴氏环形成机制图解,(a),(c),(b),第一节 细胞核形态结构,18/56,(2),灯刷染色体,(lampbrush chromosome),灯刷染色体显微镜图像,(a)蝾螈(,Triturus viridescens,)双线期灯刷染色体相差显微镜图像，一对同源染色体经过交叉相互连接在一起;,(b)两栖类灯刷染色体局部荧光显微镜图像，活跃表示染色体区域被染成绿色,第一节 细胞核形态结构,19/56,蝾螈卵母细胞中,灯刷染色体,结构图解,(a)示一对同源染色体之间两个交叉；(b)放大侧环，示染色单体在染色粒处折叠情况；(c)为(b)图中部分侧环电镜图像，示核糖核蛋白细丝垂直连接到DNA轴上,第一节 细胞核形态结构,20/56,1925年，Kuwada在玉米细胞中发觉了一些二倍体之外额外染色体，它们在,形态、数目、行为及功效,方面都与通常染色体(称为,A染色体,)不一样。,Randolph(1928)将这些染色体称为,B染色体,。也称,额外染色体,(extra chr.),、,超数染色体,(supernumerary chr.),或,从属染色体,(accessory chr.),。,B染色体存在于自然界很各种动物和植物中。当前已在1000各种植物及300各种动物中发觉了B染色体。,(3)B,染色体,(B chromosome),第一节 细胞核形态结构,21/56,1.B染色体通常比A染色体,小得多,，且大多为,端部,或,亚端部,着丝粒，由,大量异染色质,组成。,2.它们与同一细胞中,任何一条,A,染色体都不一样源,，且在,减教分裂,过程中只在,B,染色体之间发生配对,。,3.B染色体,遗传不规则,，普通不表现,孟德尔式,遗传特征；当B染色体,数量较多时,，可表现出,数量遗传,特征。,4.偶然也会见到B染色体能够形成,核仁,，但普通来说它们,遗传都是惰性,，其上,不携带与主要性状相关基因,。,5.在同一物种中，B染色体也以,各种形态,出现。B染色体,数目是可变,，在同一物种不一样,组织,、,细胞,、,世代,或,个体,之间，在,有丝分裂,和,减数分裂,中都常会有改变。,B染色体区分于A染色体显著特征,22/56,油镜下家蝇幼虫神经节细胞中期染色体,箭头所指为:一对点状B染色体，旁边为A染色体,第一节 细胞核形态结构,23/56,第一节 细胞核形态结构,在植物对环境适应上，B染色体表现出主动作用。,在黑麦草属植物中，植株假如从播种到生长都在高密度条件下，一部分植株就会被淘汰，而最终存活下来往往是含有B染色体植株。,B染色体对,动植物遗传、生长和发育含有多重效应,，其起源、作用机制等问题都有待于深入研究。,所以，在一些严峻选择压力下，含有B染色体植株含有更强竞争力和适应能力。,24/56,三、核仁,(nucleolus),形状,、,大小,、,数目,(生物种类/生理状态),生理活动旺盛细胞：核仁大,不太活动细胞：核仁小,第一节 细胞核形态结构,核膜,核仁,致密纤,维成份,颗粒成份,原纤维,中心,25/56,由直径15-20nmRNP颗粒组成，为正在加工成熟核糖体亚单位前体颗粒,核仁中rDNA所在部位,由致密纤维组成,含有rRNA以及一些特异性结合蛋白,人成纤维细胞中核仁电镜图，示三个不一样特征性结构区,26/56,核仁在核糖体合成与组装中功效,核仁功效：,核仁功效活动次序：,rRNA,转录与加工,;,组装核糖体亚单位.,核仁DNA,原纤维区,颗粒区,27/56,核仁除了作为“,核糖体工厂,”之外，近年来研究表明核仁还有其它一些,主要调整功效,，是一个多功效结构。,核仁调控许多,细胞周期检验点控制蛋白,扣押,(sequestration)，如,Mdm2,(与p53连接),，,Cdc14,(一个促进细胞退出有丝分裂蛋白磷酸酶),和,Pch2,(为利用监控点点控制减数分裂周期进程暂停所必需),。,另外研究还表明，核仁在,细胞增殖,及,存活,方面也发挥着主要作用。,28/56,在热、电离辐射、拟辐射药品喜数碱等特定胁迫条件下，核仁又含有与核仁蛋白(nucleolin),从核仁到核质重新定位,功效,(依赖于,p53-,核仁蛋白复合体,形成),，结果引发了核仁蛋白库主体向核质迁移，并在核质中与,复制蛋白,A,(replication protein A,RPA),相结合，从而,抑制DNA复制开启,。,此事件以及,核仁,ARF,蛋白,(有利于p53稳定性),对Mdm2扣押，表明了核仁,在细胞反应胁迫中含有主要作用,。,ARF,alternative reading frame,29/56,核仁发生：,在有丝分裂后期核仁逐步形成融合成大核仁和间期核仁结构模式图,(a)培养中人成纤维细胞核分裂后核仁组织染色体NOR区逐步凝缩成一个个小,前核仁体,(prenucleolar bodies,PNBs),，彼此融合后形成成熟核仁;,(b)示人间期细胞核仁结构推想模式图.,第一节 细胞核形态结构,分裂后期,人类：13,14,15,21,22 对染色体,小鼠：12,16,18 对染色体,30/56,四,、,核质及核体,(Nucleoplasm&Nuclear bodies),间期细胞核中，,在染色质和核仁周围,无定形着色浅液体,。,较小颗粒,染色质周纤维,(perichromatin fiber),染色质周颗粒,(perichromatin granules),卷曲小体,(coiled body),颗粒状物质,细丝状物质,第一节 细胞核形态结构,邻近染色质；,直径4045nm,于染色质之间;,直径2025 nm,化学组成,经分析，这些颗粒和纤维状物质都是由RNA复合以蛋白质所组成.,但其功效尚不完全清楚。,1,、核质,(nucleoplasm):,31/56,核体是存在于,核基质(骨架)中,一个,异质性核内(核质)结构集合体,，主要是经过(超微)形态及抗原标准来加以区分。,2,、核体,(Nuclear bodies,NBs):,核体包含含有,球形,和,纤维状,物质多个,结构域,，排列成,“,卷曲小体,”,、,囊,、,球,或,救生圈样,结构,，偶然也可见一些,泡状,或,脂样,结构,。,普通认为,核基质,是,核体结构支架,。,32/56,如,前体,mRNA,合成,、,加工,、,剪接,、,包装,、,核内转运,、,向核孔运输,以及,向胞质运输,。,mRNA及rRNA合成与加工过程，还包括到了一些,由不一样RNA及各种蛋白质组成,大型多元复合体,，他们或最少是部分出现在核体内。,核体参加各种不一样生命活动：,33/56,卷曲小体,(coiled body,CBs)最早由,Ramny Cajal,于1903年在银染神经元中发觉。为常与核仁相连,0.5m球形结构，因在TEM下结构类似于混乱,螺线卷,，故而得名。,直到最近，才被正式命名为,Cajal小体,，并发觉其在结构上是由,纤维状,及,球形,结构,组成经典,薄片形卷曲结构,(直径0.1-0.2m)。,34/56,人结肠癌上皮细胞系核仁电镜图，示Cajal小体,箭头所表示为两个核内卷曲小体,含有纤维及颗粒物质.大箭头所表示为核膜。N：细胞核(标尺：0.8m),(自Amazia Zimber等，),35/56,Cajal小体在各种不一样动植物细胞中都有发觉，其数量与,细胞周期进程,、,生理改变,及,疾病,相关。,它们包含RNA剪接所需要许多因子。电镜免疫组化结果表明，Cajal小体含有核质性,核小RNP,(snRNPs)、少许,hnRNPs,、,m,3,G-帽snRNA,和,核仁纤维蛋白(fibrillarin),。,另外，一个80kDa,卷曲蛋白,(p80-coilin)常被用作,Cajal小体经典标识,。,36/56,同一个人细胞核分别经过不一样处理其染色质与核体免疫染色图像,(a),示核仁纤维蛋白定位分布，该蛋白在核仁与Cajal小体中都有分布，箭头所指为在Cajal小体中分布核仁纤维蛋白；,(b),示染色质间颗粒簇(小斑)定位分布，结果由参加前体mRNA剪接一个蛋白抗体检测所得；,(c),示大多数染色质；(d)示卷曲蛋白在Cajal小体中定位分布(箭头所表示)；,(e),显示全部上述4个不一样图像放大叠合。,37/56,Cajal小体是一个,高度动态结构,，它们,既能够相互聚集形成大Cajal小体，又能分解成可快速移动,(0.9m/min),小Cajal小体,。,当前，Cajal小体功效还不甚清楚。但它却含有,特异性核苷水解酶,和,snRNPs,、,snRNAs,，故可能在,转录后,RNA,代谢,中含有主动作用。,38/56,所以，人们认为Cajal小体极可能,与snRNP贮存和/或前剪接复合体(pre-splicing complexes)装配,相关。Cajal小体很可能是作为一个,含有snRNP修饰酶核内空间,在起作用，可依据需要随时释放snRNP至核仁中进行深入修饰。,一些特定,癌基因编码蛋白,可能也定位于癌细胞Cajal小体中，且在Cajal小体中确实判定出了一个名为“,pigpen,”新癌蛋白。,39/56,双卷曲小体,(Gemini of coiled bodies,GEMs),及,染色质间颗粒簇,(又名,小斑,speckle),也是主要核体。,双卷曲小体,和Cajal小体相互间很类似，且在核内常配对存在，至今还不清楚它们是否真属于不一样结构。Cajal小体/双卷曲小体是,snRNP和snoRNP最终加工修饰部位,。,相反，,染色质间颗粒簇,被认为是完全成熟snRNP贮存场所，以易于,参加前体mRNA剪接,40/56,亚核结构示意图,一个经典脊椎动物细胞核含有多个Cajal小体和20-50个染色质间颗粒簇.,完全成熟snRNP贮存部位,snRNP和snoRNP最终加工修饰部位,41/56,第二节 细胞核化学组成,一、染色质化学组成,二、重复DNA次序,高度重复次序,中等重复次序,蛋白质,染色质DNA,单一次序,组蛋白,非组蛋白,42/56,核糖体RNA基因重复单元示意图,重复单元间存在有非转录间隔区,H1,H3,H4,H2A,H2B,H1,10,3,核苷酸对,五种组蛋白基因首尾相接连而成基因群单元,第二节 细胞核化学组成,重复单元,重复单元,43/56,含有5种组蛋白基因DNA片断(一个重复单元)变性后电镜图像,A-T丰富区在较低温度下即发生变性,DNA链解离,未分离部分为组蛋白基因编码区,第二节 细胞核化学组成,44/56,网络纤维(35nm),颗粒状物质(810nm),第三节 核骨架,细胞核,细胞,分离,核酸酶消化,高盐缓冲液,(2mol/L NaCl),非离子洗涤剂,(Triton X-100或NP40),残余结构,核骨架,(nuclear skeleton),45/56,狭义,核骨架,=,核基质,核内一个纤维蛋白质性质网架结构体系,广义,核基质,核纤层-核孔复合体体系,残余核仁,染色体骨架,核骨架,为由中间丝蛋白组成纤维网架，位于内层核膜下方,核内一个纤维蛋白质性质网架结构体系,为由非组蛋白组成支架,第三节 核骨架,核骨架概念：,46/56,核基质纤维粗细不一，直径330nm。,可能单纤维直径为34nm，粗纤维可能是由多根单纤维组成复合体。,一、核基质,（一）形态结构：,核骨架中关键纤维电镜图像,L,Nu,C,C,细胞质;L,核纤层;Nu,核仁,第三节 核骨架,47/56,(90%),维持核基质三维网络结构,核基质,蛋白质,少许,RNA,核基质蛋白D、E、F、G和4等,：,核基质上DNA袢环结合蛋白；,Nuc,2+,蛋白,：,参加分裂期染色体分离；,核内肌动蛋白,：,参加mRNA合成；,附着区结合蛋白,：,可与MAR序列（富含AT）结合，参加转录时DNA拓扑结构维持,（二）化学组成,第三节 核骨架,48/56,（三）生物学功效,(1)核基质与DNA复制相关；,(2)核基质与RNA转录相关；,(3)核基质与RNA加工相关；,(4)核基质参加染色体DNA有序包装和染色体构建；,(5),核基质与细胞分化。,第三节 核骨架,49/56,由中间丝蛋白组成蛋白网络结构,二、核纤层与核孔复合体系统,核纤层在结构上与核孔复合体含有亲密关系：,维持核孔位置和核膜形状;,为染色质提供附着位点,(,染色质结构支架,),;,核膜解体和重建。,第三节 核骨架,50/56,三、染色体骨架,染色体骨架,染色体骨架是染色体中由,非组蛋白,组成结构支架,第三节 核骨架,人染色体中由非组蛋白组成染色体骨架电镜图像及其模式图解,(a)DNA袢环两端连接到支架上相邻部位；,(b)DNA袢环与非组蛋白支架连接方式模式图解,51/56,染色体骨架由大约30种,非组蛋白,组成，无,组蛋白,:,染色体高级结构结构骨架,DNA复制,RNA转录与加工,染色体构建等,SCI(DNA拓扑异构酶II),SCII是染色体骨架主要成份(占总量40%),两种着丝粒蛋白(CENP-B和CENP)。,主要成份,功效,第三节 核骨架,52/56,分裂前期：,核基质一些成份,转变,染色体骨架；,第三节 核骨架,分裂后期：,染色体骨架,转变,核基质,染色体骨架,组分,核基质,组分,DNA拓扑异构酶II,同时,染色体骨架与核基质成份,公用性,：,53/56,第一节 细胞核形态结构,第二节 细胞核化学组成,第三节 核骨架,本章小结,一、核被膜与核孔复合体,（一）核被膜,（三）核纤层,（二）核孔复合体,二、染色质和染色体分子结构,（二）中期染色体结构,（一）染色质分子结构,三、核仁,致密纤维成份,颗粒成份,纤维中心,四、核质与核体,颗粒状物质,细丝状物质,组蛋白和非组蛋白,染色质,DNA,三、染色体骨架,非组蛋白,一、核基质,蛋白质,少许RNA,二、核纤层与核孔复合体系统,中间丝蛋白,54/56,1.细胞核是由哪几部分组成？说明核孔复合体结构和功效。,2.核纤层与细胞分裂过程中核被膜解体及重建有什么关系？,3.依据念珠模型说明染色质纤维分子结构。,4.组蛋白和非组蛋白在染色质中作用是什么？有何试验依据？,5.什么叫核基质？广义核基质包含哪些成份？各有何生物学功效？,6.染色体应含有关键序列有哪些？它们在染色体结构和功效中担当着什么样角色？,思 考 题,55/56,本章内容到此结束,奋斗，学习,点点滴滴,是辛勤汗水,也是美好记忆,失去是迷茫、徘徊和悠闲,得到却是成功和成功后满足与惬意,得 失,谢谢听讲,56/56,