医学细胞生物学细胞核专家讲座.pptx

医学细胞生物学第八章 细胞核医学细胞生物学细胞核第1页核膜 nuclear membrane，又称 核被膜 nuclear envelope，位于细胞核 最外层，使细胞核 成为相对 独立体系核膜化学组成蛋白质 占65%75%，脂质次之，可能还有少许DNA、RNA蛋白质:电泳分析 判定出20各种 核膜蛋白，分子量 16KD160KD；包含：组蛋白、基因调整蛋白、DNA/RNA聚合酶、RNA酶等核膜 所含酶类 与内质网 类似，如 内质网标志酶 葡萄糖-6-磷酸酶、细胞色素类还原酶等脂类:核膜所含脂类 也与内质网相同，含有 不饱和脂肪酸卵磷脂、磷脂酰乙醇胺、胆固醇、甘油三酯（前二者含量比较低，后二者含量较高，说明核膜有一定 稳定性）内质网与核膜关系亲密，也稍有不一样核 膜医学细胞生物学细胞核第2页核膜结构核膜由内外层核膜、核周隙、核孔复合体、核纤层等结构组成核膜两层，平行但连续有孔洞；但两层组成成份与结构有差异外膜 outer nuclear membrane内膜 inner nuclear membrane两层膜 之间间隙：核周间隙 intermembrane space内外膜 在一些部位 相互融合，形成 核孔 nuclear pore核 膜医学细胞生物学细胞核第3页1.外核膜与糙面内质网相连续外核膜与糙面内质网相连，使核周间隙 与内质网腔相通，其表面也常附着核糖体；故被看作 粗面内质网 特化区域，参加了一些蛋白质合成外核膜 胞质面 附着 中间纤维，还与微管相连固定、维持形态2.内核膜表面光滑包围核质内核膜表面光滑，下面与一层致密 纤维网络核纤层 紧密相连内核膜上有 核纤层蛋白B受体，可与 核纤层蛋白B 特异性结合在细胞周期中，核膜解体与重建，都与 核纤层蛋白对核内膜连接有 关，即跟 核纤层蛋白B受体 与 核纤层蛋白B 结合相关核 膜医学细胞生物学细胞核第4页3.核周隙为内外核膜之间缓冲区内外核膜 之间空隙 宽2040nm，与糙面内质网 相通，含有各种蛋白质和酶4.核孔复合体是由各种蛋白质组成复合结构内外核膜 融合处 形成 环状开口，称 核孔。核孔数目、密度 跟细胞类型、核功效状态相关：代谢活跃细胞 核孔数目较多，1220个/m2；代谢不活跃细胞，13个/m2；经典哺乳动物细胞核 分布34千个核孔 1949-1950年，H.G.Callan 和S.G.Tomlin 用电镜观察 两栖类 卵母细胞 核膜时，发觉核孔核孔是由各种蛋白质以特定方式排列形成复合结构，1959年 被M.L.Waston 命名为 核孔复合体 nuclear pore complex,NPC核 膜医学细胞生物学细胞核第5页打鱼笼式 核孔复合体模型 被普遍接收：胞质环 cytoplasmic ring：核孔外边缘，与柱状亚单位相连；环上有8条纤维 对称分布，伸向细胞质核质环 nucleoplasmic ring：核孔内边缘，与柱状亚单位相连；环上也有8条100nm纤维 伸向核内，纤维末端形成直径60nm小环，称“核篮”nuclear basket辐 spoke：是核孔边缘 伸向核孔中心 辐射状8边对称结构，分为三部分：“柱状亚单位”核孔边缘，连接胞质环与核质环，支撑作用；“腔内亚单位”位于柱状亚单位外侧，与核孔区域接触，穿过核膜伸入核周隙，锚定核孔复合体；“环状亚单位”位于柱状亚单位之内，靠近核孔复合体中心，由颗粒状结构围绕形成中央栓central plug/granule：位于核孔中央，呈棒状、颗粒状，可能参加核-质交换；有些人认为是 正经过核孔 被转运物质核 膜医学细胞生物学细胞核第6页核 膜胞质面 观察核质面 观察脊椎动物核孔复合体蛋白成份约十各种，其中gp210和p62是最具代表性两个成份。gp210代表结构性穿膜蛋白，锚定核孔复合体；p62代表功效性核孔复合体，参加核孔主动运输医学细胞生物学细胞核第7页核孔蛋白 进化上 高度保守，含有 一簇由 苯丙氨酸(Phe,F)和 甘氨酸(Gly,G)组成 FG 重复序列FG重复序列 与 核转运受体入核素(imporin)或其同系物 相互作用，提供 结合位点，介导 亲核蛋白 经过核孔复合体，进入细胞核大多数 核孔蛋白 位于 核孔复合体 中央通道 胞质面或核质面，少部分 不对称地 分布于 中央通道两侧核 膜医学细胞生物学细胞核第8页5.核纤层是紧贴内核膜纤维蛋白网核纤层 nuclear lamina：附着于 内核膜下 纤维蛋白网，外与 中间纤维、内与 核骨架 相连接，在细胞分裂中 调整核膜破裂与重建核纤层位于 内核膜 与染色质 之间，普通厚1020nm，纵横排列整齐组成 核纤层 纤维蛋白，称：核纤层蛋白 lamin/lamina各种动物 核纤层蛋白 同属于一个蛋白家族，哺乳类与鸟类 核纤层 均由 核纤层蛋白A、B、C三种蛋白组成，克隆分析编码核纤层蛋白mRNA，发觉含有中间纤维同源序列核纤层蛋白A 与 核纤层蛋白C 是同一编码基因 不一样加工产物，仅在C端不一样，都有一段350个aa多肽序列，与中间纤维亚基-螺旋区同源性高两类 核纤层蛋白 并非同时存在于 全部细胞，在细胞分化过程中表示 含有细胞特异性中间纤维特征核 膜医学细胞生物学细胞核第9页A型 核纤层蛋白 仅见于 分化细胞中；B型 核纤层蛋白 存在于全部 体细胞中核纤层在细胞核中起支架作用用高盐溶液、非离子去垢剂、核酸酶等 去除大部分核质，只有核孔复合体与核纤层 存留，并仍能维持 细胞核轮廓核纤层与 核骨架、穿过核膜 中间纤维 相连，使 胞质骨架与 核骨架形成 连续网络结构核纤层与核膜崩解和重建亲密相关核纤层与核膜一起，在细胞分裂中，经历解聚与聚合生化分析表明，三种 核纤层蛋白 都有 亲膜结合特征：Lamin B 与核膜结协力最强，内核膜上 存在 核纤层蛋白B受体，介导 核纤层与核膜结合在细胞分裂前期，核纤层蛋白磷酸化，核纤层去组装，发生解聚，核核 膜医学细胞生物学细胞核第10页 膜崩解成小泡，B型核纤层蛋白 与核膜小泡结合，A型与C型核纤层蛋白 分散于胞质中细胞分裂末期，核纤层蛋白 去磷酸化，重新组装，介导核膜重建点突变 核纤层蛋白 磷酸化位点，可干扰 核纤层解聚、核膜崩解核纤层与染色质凝集成染色体相关核纤层蛋白可与染色质上特殊位点结合，为染色质提供结构支架细胞分裂间期，染色质与核纤层紧密结合，不能螺旋化成染色体；在有丝分裂前期，核纤层被磷酸化 解聚，染色质与核纤层蛋白结合丧失，染色质逐步凝集成染色体。给分裂期细胞注射Lamin A抗体，核纤层不能组装，染色体不能解聚成染色质核纤层与染色质相互作用，有利于维持和稳定间期 染色质高度有序结构，对基因表示调控非常主要核 膜医学细胞生物学细胞核第11页核 膜HGPS:Hutchinson-Gilford progeria syndrome 早老衰综合早老衰综合症症premature aging and death during teenage years from heartattack or stroke 书上333页 图片医学细胞生物学细胞核第12页核纤层参加DNA复制利用爪蟾卵母细胞核 重建体系研究发觉，重建没有核纤层细胞核，即使含有DNA复制所需蛋白质和酶等，不能进行DNA复制，提醒核纤层参加了DNA复制核纤层与 核膜、核孔复合体 在结构上 关系亲密，推测其功效 除了为 核膜与染色质 提供支架外，也参加DNA复制、RNA成熟及转运、核膜崩解及重建核膜功效核膜稳定核形态与成份，控制核与胞质物质交换，参加生物大分子合成，及细胞分裂1.核膜为基因表示提供了时空隔离屏障真核细胞核膜，将核质与胞质限定在各自区域，使DNA复制、RNA转录与加工 在核内进行，而蛋白质翻译 在胞质，在空间上隔离，核 膜医学细胞生物学细胞核第13页 建立了遗传物质稳定活动环境真核生物基因结构复杂，RNA转录后，需要复杂加工。核膜出现确保了RNA转录后进行加工、修饰，才能输入细胞质，参加蛋白质合成，使遗传信息表示调控愈加准确、高效2.核膜参加蛋白质合成外核膜附着核糖体，被证实能够合成 抗体、膜蛋白等3.核孔复合体控制着核-质间物质交换核-质间 频繁物质交换，是生命活动所必需；核孔复合体是被动扩散亲水通道，有效直径为910nm水、一些离子和一些小分子，如 单糖、双糖、氨基酸、核苷酸等 能够自由扩散 穿梭于核-质之间大多数大分子物质，经过核孔复合体以主动运输方式 进出核膜主动运输有高度选择性：a.核孔复合体直径大小能够调整，主动运核 膜医学细胞生物学细胞核第14页 输功效直径 比被动运输大，为1020nm，最大可达26nm；b.核孔复合体主动运输是信号识别与载体介导过程，许消耗能量；c.核孔复合体主动运输 含有双向性，核输入与核输出亲核蛋白核输入亲核蛋白 是在胞质中 合成，需要 转入细胞核内 发挥作用 蛋白质核质蛋白nucleoplasmin 是一个 亲核蛋白，5个亚基组成，含有头尾两个结构域。蛋白水解酶可将其切成头、尾两部分。放射性标识后，完整核质蛋白或尾部片段 被转运进核，头部片段停留在胞质中经过 亲核蛋白序列分析，发觉含有一段特殊氨基酸信号序列，命名为：核定位序列 nuclear localization sequence/signal,NLS大量研究发觉，NLS是含有48个氨基酸 短肽序列，不一样亲核蛋白NLS不一样，但都 富含 带正电荷 Arg、Lys、Pro等 碱性氨基酸(an NLS identified as:-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-)NLS能够位于 亲核蛋白任何部位，指导完成 核输入 后，不被切除核 膜医学细胞生物学细胞核第15页大量研究表明，仅有NLS 不能经过核孔复合体，必须经过与NLS受体 结合才能经过 核孔复合体；这种受体称为：输入蛋白 importin当前比较确定 输入蛋白受体 有：核输入受体、核输入受体 和Ran（一个GTP结合蛋白）在这几个蛋白参加下，亲核蛋白完成入核转运：a.亲核蛋白 经过NLS识别 核输入受体，与核输入受体/异二聚体 结合，形成转运复合物；b.在核输入受体介导下，转运复合物与核孔复合体胞质纤维结合；c.转运复合物在核孔复合体中移动，从胞质面转移到核质面；d.转运复合物在核质面与Ran-GTP结合，造成复合物解离，亲核蛋白释放；e.受体亚基与结合Ran-GTP返回细胞质，在胞质中Ran-GTP水解成 Ran-GDP，并与核输入受体解离，Ran-GDP返回核内，转换成Ran-GTP状态核 膜医学细胞生物学细胞核第16页核 膜Nucleoplasmin is a protein present in high concentration in the nucleoplasm of Xenopus oocytes.When gold particles are coated with nucleoplasmin and injected into the cytoplasm of a Xenopus oocyte,they are seen to bind to the cytoplasmic filaments(CF)projecting from the outer ring of the nuclear pore complex.Several particles are also seen in transit through the pore(NP)into the nucleus.医学细胞生物学细胞核第17页RNA及核糖体亚基核输出核中形成核糖体大、小亚基，mRNA、tRNA等 从核孔复合体 输出到细胞质，有识别这些输出核成份受体，称：输出蛋白 exportin胶体金颗粒包裹RNA，注射入细胞核，发觉被转运到细胞质中；而胶体金颗粒包裹NLS，则被转运进细胞核；可见 核孔复合体双向主动转运核 膜医学细胞生物学细胞核第18页1879年，W.Flemming提出 染色质 术语来描述 核内 强嗜碱性物质1888年，W.Waldeyer 提出 染色体 命名染色质 与 染色体 是遗传物质 在不一样阶段 不一样存在形式染色质 chromatin 是间期细胞 遗传物质 存在形式；由DNA、组蛋白、非组蛋白、少许RNA等 组成 细丝状复合结构，形态不规则，弥散于细胞核内染色体 chromosome 是分裂期细胞中，染色质经复制后，重复缠绕凝集成 条状或棒状结构，借此确保DNA被准确 分配到子代细胞中染色质与染色体组成成份生化分析表明，染色质 成份：98%以上是 1:1 DNA：组蛋白；另外 含有少许 RNA与 非组蛋白1.DNA是遗传信息载体除少数 病毒外，全部生物遗传物质 均为DNA染色质与染色体医学细胞生物学细胞核第19页真核生物中 每条未复制 染色体 均含 一条 线型 DNA分子一个真核细胞 单倍染色体组中 全部遗传信息 称：一个 基因组genome依据DNA序列 在基因组中 重复频率，DNA核苷酸序列 可分为3类：单一序列、中度重复序列、高度重复序列单一序列unique sequence/single-copy sequence：在基因组中只有单一拷贝或几个拷贝；真核生物多数编码基因是单一序列中度重复序列middle repetitive sequence：重复次数10105之间，序列长度几百到几千个碱基对；多数是非编码序列，在基因调控中起主要作用；部分有编码功效：rRNA基因、tRNA基因、组蛋白基因、核糖体蛋白基因高度重复序列highly repetitive sequence：几个到几十个碱基对，重复次数超出105，主要分布在染色体端粒、着丝粒区；组成结构基因间隔，维系染色体结构，参加减数分裂同源染色体联会染色质与染色体医学细胞生物学细胞核第20页一条 功效性染色质DNA分子，能自我复制，得到两个完全相同DNA分子，平分给子细胞，确保遗传信息稳定传代功效性染色质分子 必须包含三类 功效序列：复制源序列：是DNA分子复制起始点，真核生物复制源序列可被成串激活，该序列处DNA双链 被解旋打开，形成复制叉；全部复制源序列DNA都有一段1114bp同源性很高富含AT保守序列，这段序列及其上下游各200bp区域是维持复制源功效所必需着丝点centromere序列：是复制完成后 两个姊妹染色单体 连接部位，是高度重复序列；共同特点：8090bpAT区，高度保守11bp区域TGATTTCCGAA；这两段区域突变，着丝粒丧失功效端粒telomere序列：富含TG简单重复序列，维持DNA两个末端复制完整性、染色体稳定性，在进化中高度保守人工染色体：用分子克隆方法，将上述三类序列 拼接在人造染色体上，用于科学研究染色质与染色体医学细胞生物学细胞核第21页染色质与染色体医学细胞生物学细胞核第22页2.组蛋白是真核细胞染色质中基本结构蛋白质组蛋白histone 是一组 pH大于10.0碱性蛋白质，富含带正电荷碱性氨基酸：赖氨酸和精氨酸；可与带负电荷呈酸性DNA紧密结合依据 精氨酸/赖氨酸 比值，组蛋白 分为5种：H1、H2A、H2B、H3、H4按照 组蛋白功效，分为两类：核小体组蛋白，包含 H2A、H2B、H3、H4，分子量较小，各两分子组成8聚体，帮助DNA卷曲成 核小体结构；没有种属、组织 特异性，进化上高度保守 H1组蛋白，组成核小体时 起连接作用，与核小体深入包装相关；分子量较大，有一定种属特异性、组织特异性，哺乳类 H1组蛋白 有6个亚型组蛋白 在S期 于胞质中 合成后转入核内，帮助DNA折叠包装成染色体，并保护DNA不被酶消化；组蛋白 可经过 甲基化、磷酸化、乙酰基化，来抑制或激活 一些基因转录，参加基因调控染色质与染色体医学细胞生物学细胞核第23页3.非组蛋白能从多方面影响染色质结构和功效非组蛋白nonhistone 是除 组蛋白 外，染色质结合蛋白总称，经常富含酸性氨基酸，参加维持染色体结构、催化酶促反应与组蛋白相比，非组蛋白种类较多，数量较少，有组织种属特异性非组蛋白 多以复合物形式与染色体上 特异DNA序列 结合，帮助DNA分子折叠，参加开启DNA复制，调控基因转录含量最丰富 非组蛋白高迁移率组high mobility group,HMG 在聚丙烯凝胶电泳中 迁移率高而得名HMG可与 染色质动态、可逆结合，常附着于 活性基因部位，调控DNA复制、转录、重组、参加DNA损伤后修复 等HMG经过与DNA发生结合，使其变形、弯折，影响 其形成基因表示复合体，而促进其它调整蛋白结合，从而调整基因转录染色体 非组蛋白支架，帮助染色质折叠盘曲成 染色体染色质与染色体医学细胞生物学细胞核第24页常染色质与异染色质间期 染色质 依据形态特征 和染色性质，分为两类：常染色质、异染色质 二者螺旋化不一样，对碱性染料着色不一样1.常染色质是处于功效活跃呈伸展状态染色质纤维常染色质euchromatin：间期核内 碱性染料染色 着色较浅，螺旋化程度较低，处于伸展状态染色质细丝，含有 基因转录活跃部位常染色质DNA 主要由 单一序列DNA 和少许 中度重复DNA(组蛋白基因、tRNA基因)组成，存在 核酸酶 敏感位点，易被降解常染色质 在核内均匀分布，多位于核中央；一部分常染色质 以袢环形式 伸入核仁rDNA常染色质 多在S期 早、中期 复制常染色质是基因转录必要条件染色质与染色体医学细胞生物学细胞核第25页2.异染色质是处于功效惰性呈凝缩状态染色质纤维异染色质 heterochromatin 在间期核中 处于凝缩状态，结构致密，无转录活性，用碱性染料染色 着色较深异染色质 在电镜下 常位于核周，在核膜下异染色质 分为两大类：组成性异染色质 constitutive heterochromatin、兼性异染色质 facultative heterochromatin组成性异染色质 是主要类型，在全部类型细胞、在各个发育阶段，均处于 凝集状态；多定位于 染色体 着丝粒区、端粒、次缢痕；由相对简单 高度重复序列 组成，参加 染色体高级结构形成；与常染色质相比，晚复制、早凝缩兼性异染色质 在一些细胞类型、一定发育阶段，由常染色质 凝聚 并丧失转录活性，而变成 异染色质；高度分化细胞含量多如 雌性哺乳动物 一对X染色体，一条为常染色质，另一条为异染色质染色质与染色体医学细胞生物学细胞核第26页成了 异染色质 那条X染色体，在间期核内 固缩成 巴氏小体 Barr body 减数分裂时，被激活，变成常染色质人胚16天，一条X染色体 就变成 巴氏小体，检验羊水细胞 可判定胎儿性别兼性异染色质 总量改变 与细胞类型相关，低分化细胞 含量少，高分化细胞 含量多随细胞分化，一些基因 因染色质凝集 而逐步关闭，丧失活性；所以，染色质 紧密折叠压缩 可能是 关闭基因活性 路径之一染色质与染色体医学细胞生物学细胞核第27页染色质与染色体医学细胞生物学细胞核第28页染色质经组装形成染色体人一个细胞核中DNA约30亿个碱基对，总长2米；而细胞核直径 只有58m，所以 染色质DNA 必须包装压缩近万倍1.核小体为染色质基本结构单位用核酸酶 消化染色质，得到大约 200bp片段；而假如用核酸酶处理裸露DNA分子，会得到长度不等随机降解片段；R.Kornberg 以此试验为基础，1974年，建立了 核小体模型核小体 nucleosome 是染色体基本结构单位，为直径11nm圆盘状 颗粒，由200bp左右DNA分子 及一个组蛋白八聚体形成又称 染色体组装一级结构组蛋白八聚体：四个异二聚体，两个 H2AH2B，两个H3H4每个组蛋白八聚体外 缠绕1.75圈DNA，长146bp相邻两个核小体间 有一段DNA，称 连接DNA(linker DNA)，在不一样物质中，此 片段长度不一样，080bp，平均60bp染色质与染色体医学细胞生物学细胞核第29页染色质与染色体医学细胞生物学细胞核第30页H1组蛋白 结合部分linker DNA 和组蛋白八聚体关键，稳定 核小体146+60200bp，故每200bp便出现一个核小体，形成 核小体串珠 组蛋白关键 常以特定位点 结合DNA双螺旋 小沟中 富含A-T区域，有利于DNA分子在 组蛋白八聚体上 弯曲缠绕；核小体 自我装配染色质与染色体医学细胞生物学细胞核第31页核小体 将DNA分子压缩了约7倍2.核小体深入螺旋形成螺线管电镜观察发觉，大多数染色质 以一个直径30nm 染色质纤维 形式存在；这是在 核小体基础上，在H1组蛋白参加下，形成一个更紧密结构，叫 螺线管 solenoid，是 染色质组装二级结构螺线管 是核小体串珠结构 盘旋缠绕形成 中空管状结构，每圈螺线管 有6个核小体，外径30nm，内径10nm组蛋白H1分子 球状、有两个氨基酸臂，位于螺线管内部，其球形中心 与核小体上 特异性位点 结合，而两个氨基酸臂 与核小体组蛋白关键 特异位点结合，帮助核小体包装H1组蛋白 对螺线管稳定 起主要作用；螺线管 压缩了 核小体 6倍染色质与染色体医学细胞生物学细胞核第32页染色质与染色体医学细胞生物学细胞核第33页3.螺线管深入包装成染色体关于螺线管深入包装，尚存争议，有两种模型：多级螺旋化模型、染色体骨架-放射环模型染色体多级螺旋模型 multiple coiling model：30nm螺线管 深入螺旋化，形成直径0.4m圆筒状结构，称：超螺线管supersolenoid，是染色质包装三级结构；该过程螺线管结构 被压缩了近40倍超螺线管超螺线管深入螺旋折叠，缠绕形成 染色体 四级结构染色单体，此过程 超螺线管 被压缩了5倍依据 多级螺旋化模型，从DNA到染色体，经过四级包装，DNA长度被压缩了 共 8400倍（764058400倍）染色质与染色体医学细胞生物学细胞核第34页染色体骨架-放射环模型 scaffold-radial loop structure model：30nm 螺线管纤维 折叠形成 袢环，沿 染色体纵轴 由中央向周围 伸出，形成 放射环；每个袢环 长约21m，包含核小体315个，每18个 袢环 呈放射状 排列于同一平面上，并结合在 核骨架上，形成 微带 miniband微带 是染色质高级结构 组成单位，微带 是染色质高级结构 组成单位，约106个 微带 沿纵轴 排列形成 染色单体该模型 与细胞分裂中期染色体 电镜形态吻合，并在一些特殊染色体，如 果蝇唾液腺细胞 多线染色体和 两栖类卵母细胞 灯刷染色体 中得到验证；提醒 袢环结构 可能是染色体高级结构普遍特征染色质与染色体医学细胞生物学细胞核第35页染色质与染色体医学细胞生物学细胞核第36页染色质与染色体医学细胞生物学细胞核第37页染色体形态结构染色体 是有丝分裂时，遗传物质存在形式，在不一样周期时相，形态有差异。间期染色质；分裂期染色体1.着丝粒将两条姐妹染色单体相连主缢痕 primary constriction：中期 两条姊妹染色单体连接处，向内凹陷、着色较浅缢痕着丝粒 centromere：主缢痕处染色质部分，由高度重复序列异染色质组成，将染色体分成两个臂依据 着丝粒 在染色体上位置，中期染色体 分为四类：中着丝粒染色体：两臂大致相等亚中着丝粒染色体：两臂长(q)短(p)不等端着丝粒染色体：着丝粒位于染色体一端，故只有一个臂近端着丝粒染色体：着丝粒靠近染色体一端，短臂很短染色质与染色体医学细胞生物学细胞核第38页2.着丝粒-动粒复合体介导纺锤丝与染色体结合动粒 kinetochore：存在于主缢痕两侧特化圆盘状结构，由各种蛋白质组成，是细胞分裂时纺锤丝动粒微管附着部位着丝粒-动粒区域是一个高度有序整合结构，称为 着丝粒-动粒复合体，可包含三个结构域：动粒结构域：位于着丝粒外表面，由动粒和纤维冠 组成，动粒是3层板状结构致密外层、低密度中层、致密内层(连接染色质)中心结构域：动粒结构域内面，是着丝粒主体，含高度重复DNA；对 着丝粒-动力复合体 形成和功效 有主要作用配对结构域：中心结构域内表面，姊妹 染色单体连接位点，与姊妹染色单体配对 及分离关系亲密；此区域两类蛋白：内着丝粒蛋白、染色单体连接蛋白染色质与染色体动粒微管染色体中部（异染色质区）医学细胞生物学细胞核第39页动粒着丝粒周围异染色质着丝粒周围异染色质着丝粒异染色质 动粒内层 Interzone 动粒外层 CENP-E Corona fiber 微管动力蛋白 微管亚基在正端加上或者解离 含有各种蛋白结合到着丝粒异染色质上 结合马达蛋白，参加染色体运动，从而将微管维系在动粒上作为 驱动蛋白超家族组员，向微管正端移动 染色质与染色体向微管负端移动 医学细胞生物学细胞核第40页3.次缢痕并非存在全部染色体上次缢痕 secondary constriction：是染色体上 除主缢痕之外 浅染缢缩部位，并非存在于全部染色体上；其数量、位置、大小 是一些染色体形态特征判别 标识4.随体是位于染色体末端球状结构随体 satellite：是位于染色体末端球状结构，经过柄部凹陷缩窄次缢痕与染色体主体部分相连；主要由异染色质组成，含高度重复序列，其形态、大小在染色体上恒定，是识别染色体主要形态特征与随体相连次缢痕，含有多拷贝rRNA基因（5SrRNA除外），含有组织形成核仁能力染色质区，称：核仁组织区（nucleolus organizing region,NOR）染色质与染色体医学细胞生物学细胞核第41页染色质与染色体医学细胞生物学细胞核第42页5.端粒是染色体末端特化部分端粒 telomere：染色体末端特化部位，富含G高度重复序列 与蛋白质组成，是染色体末端必不可少结构基因组内全部端粒，由相同 短串联重复序列组成，该重复序列含有种属特异性；端粒蛋白 保护端粒 免受酶类降解端粒功效：确保染色体末端完全复制，端粒DNA提供了复制线性DNA模板在染色体两端形成保护性帽结构，使DNA免于被破坏，并保持染色体结构完整在细胞寿命、衰老和死亡以及肿瘤发生和治疗中起作用肿瘤细胞内 端粒酶 基因激活，由蛋白质和 与端粒DNA序列 互补RNA 组成；以此RNA为模板 合成端粒DNA，填补随分裂丢失 端粒DNA片段肿瘤永生化 原因之一染色质与染色体医学细胞生物学细胞核第43页染色质与染色体医学细胞生物学细胞核第44页核仁组织者区 位于染色体次缢痕部位核仁组织区 nuclear organizing region：含有rRNA基因(5SrRNA基因除外)一段染色体区域，该部位rRNA基因 转录活跃，染色质凝集程度低，是 浅染色次缢痕，与核仁形成相关并非全部次缢痕部分都是 核仁组织者区，rRNA基因从染色体上 伸出DNA袢环，每个rDNA袢环 就是一个核仁组织者区特殊类型染色体1.多线染色体 polytene chromosome：是指一条染色体含有多条染色单体现象（在双翅目 摇蚊幼虫唾液腺细胞中 发觉）复制后染色单体不分离，平行排列相互连接在一起细胞周期 循环次数增多，多线性 逐步提升，在光镜下表现为 沿染色体纵轴 一系列 深浅交替 带与间带大多数基因 分布于带上，间带上仅存少数基因染色质与染色体补充ppt医学细胞生物学细胞核第45页 在果蝇发育中，多线染色体一些带膨大，形成蓬松袢环结构，每个袢环 有一个基因，伴随转录进行，袢环将逐步由折叠状态变为伸展状态 图示：果蝇幼虫 唾液腺多线染色体；不一样时间内，代表活跃转录 膨胀区域 增大和消退染色质与染色体补充ppt医学细胞生物学细胞核第46页2.灯刷染色体 lampbrush chromosome：普遍存在与鱼类、两栖类等动物 卵母细胞中 形似灯刷 特殊巨大染色体通常出现在 卵母细胞 双线期，两条同源染色体 交叉相连，含4条单体由 染色粒chromomere深染高密度颗粒，串联组成 染色单体主轴，为染色单体 紧密折叠区域，由主轴向两侧 伸出侧环，为DNA转录活跃区域一套灯刷染色体约有10,000个侧环，每个侧环由 一个转录单位 或几个转录单位 组成染色质与染色体Fluorescence light micrograph showing a portion of lampbrush chromosome补充ppt医学细胞生物学细胞核第47页核型与染色体带型核型 karyotype：是指一个体细胞中 全部染色体，按其大小、形态特征次序排列所组成图像核型分析：将待测细胞核型进行染色体数目、形态特征分析染色质与染色体医学细胞生物学细胞核第48页通常采取普通染色和显带染色技术来判别染色体，普通染色使整条染色体着色 如 Giemsa染色，不能区分染色体，准确度不高显带染色将染色体经过一定处理，用特定染料染色，是染色体 沿其长轴显示 深浅各异、宽窄不一样条纹，组成 染色体带型。如：G显带(先用碱或胰蛋白酶处理)、Q显带、C显带、高分辨显带（对前中期染色体处理）显带染色 可准确识别 每一条染色体，还能检测 各条染色体微小结构改变，如 缺失、易位等染色体显带技术主要应用是：明确判别任何一条染色体，甚至某一易位片段；探讨遗传病发病机制、物种间亲缘关系、远缘杂交判定染色质与染色体人类1号染色体与另外几个灵长类1号染色体G显带比较显示人类与黑猩猩亲缘关系最近医学细胞生物学细胞核第49页染色质与染色体医学细胞生物学细胞核第50页着丝粒位置人类染色体带型人类染色体带型可见13,14,15,21,22号染色体，含有随体，其次缢痕处DNA序列含有rRNA基因，编码rRNA即此处为核仁组织者染色质与染色体医学细胞生物学细胞核第51页按国际标准，核型描述：染色体总数（包含性染色体）；性染色体组成，二者间用逗号隔开。46，XX；46，XY巴黎会议染色体命名规则：染色体短臂p、长臂q从着丝粒起，向外沿着染色体臂按次序编号分成区，区内再分成带，带内再按次序细分：亚带亚带本身再分，则只加数字，不用 标点：如14q32.31表示14号 染色体长臂区带3亚带1位染色质与染色体医学细胞生物学细胞核第52页核仁 Nucleolous：真核细胞 间期核中 最显著结构，光镜下 均匀、海绵状球体，其形状、大小、数目与细胞种类、生理状态相关每个细胞中 有核仁12个，甚至多个蛋白质合成旺盛、生长活跃细胞，核仁很大；蛋白质合成不活跃细胞，核仁很小或不显著在核中 位置不固定，生长旺盛细胞，常有“核仁趋边”现象，可能有利于 核内外物质交换1.核仁主要成份核仁主要三种化学成份：RNA、DNA、蛋白质干重中，蛋白质 占80%左右、RNA占10%左右、DNA占8%2.核仁结构核仁无膜包裹，电镜下是各种成份组成纤维网状结构，分为三个区域：纤维中心 FC、致密纤维组分 DFC、颗粒成份 GC核 仁医学细胞生物学细胞核第53页核仁核仁致密致密纤维纤维组分组分纤维纤维中心中心颗粒颗粒成份成份核 仁医学细胞生物学细胞核第54页核仁纤维中心是分布有rRNA基因染色质区纤维中心 fibrillar center,FC，在电镜下包埋于颗粒组分内部，低电子密度圆形结构体，是rRNA基因rDNA存在部位rDNA是 从染色体上伸展出来 DNA袢环，袢环上rRNA基因串联排列，进行高速转录，产生rRNA，组织形成核仁，故每一个rDNA袢环称为 一个 核仁组织区（nucleolar organizing region,NOR）或 核仁组织者（nucleolar organizer）人类rRNA基因位于5对染色体次缢痕部位，13,14,15,21,22号染色体，共有10条染色体分布有rDNA；主要定位在 核仁染色体次缢痕部位核 仁医学细胞生物学细胞核第55页电镜下 串联排列rRNA基因转录（V.E.Foe,1978）核 仁医学细胞生物学细胞核第56页核 仁医学细胞生物学细胞核第57页核仁致密纤维组分包含处于不一样转录阶段rRNA分子致密纤维组分 dense fibrillar component，DFC：是核仁内 电子密度最高区域，由致密纤维组成，呈环形或半月形 包围 纤维中心电镜下 该区由紧密排列细纤维丝组成，直径510nm，长度约2040nm，主要含正在转录rRNA分子、核糖体蛋白、一些特异性RNA结合蛋白，如：核仁纤维蛋白fibrillarin、核仁素nucleolin电镜下原位分子杂交表明，rRNA以很高密度存在于致密纤维组分内核仁颗粒组分由正在加工rRNA及蛋白质组成颗粒组分 granular component,GC，电子密度大颗粒，直径1520nm，围绕在纤维组分外侧该区域是rRNA基因转录产物深入加工、成熟部位颗粒组分主要由 rRNA和蛋白质 组成核糖核蛋白颗粒，为处于不一样加工、成熟阶段 核糖体亚基前体核 仁医学细胞生物学细胞核第58页核 仁核仁大小 主要由 颗粒组分 决定医学细胞生物学细胞核第59页核仁区 含有一些 无定形蛋白质性液体物质，称 核仁基质nucleolar matrix，包裹着 纤维中心、致密纤维组分、颗粒组分，电子密度低，与核基质相通rDNA 存在区域纤维中心rRNA转录纤维中心 与 致密纤维组分 rRNA转录出来后，首先在 致密纤维组分 处开始 加工，有些加工在 颗粒成份 处进行核糖体 大小亚基 装配颗粒成份 处进行核 仁医学细胞生物学细胞核第60页3.核仁功效除5S rRNA外，真核生物全部rRNA都在 核仁内合成组成核糖体各种蛋白成份，在细胞质中合成后，转运到核仁，在颗粒成份区 装配成核糖体大小亚基，再转运到胞质中核仁是rRNA基因转录和加工场所哺乳类核仁中 有串联排列rRNA基因，在RNA聚合酶作用下，每个基因转录 长13 000bp初始转录产物，即45S rRNArDNA分布于很小 核仁组织者区，成簇串联重复排列，有利于 RNA聚合酶 高效、连续运作人类每个基因组(单倍染色体上全部序列)约有200拷贝 rRNA基因，成簇串联排列在 5条不一样染色体上：13,14,15,21,22号电镜观察可见，新合成rRNA 沿rDNA长轴 垂直分布，类似 圣诞树；每个圣诞树是一个rDNA和多个转录中rRNA，rDNA串联有间隔序列核 仁医学细胞生物学细胞核第61页45S rRNA前体 经过加工，形成5.8S、18S和28S rRNA小核仁RNA(small nulceolar RNA,snoRNA)在这一加工过程中 起主要作用5SrRNA基因 也串联成簇排列，由 RNA聚合酶 转录，经加工后 转运到核仁处，参加核糖体亚基组装核仁是核糖体亚基装配场所rRNA前体加工，是先与组成核糖体蛋白质 形成 核糖核蛋白体 后再进行加工，一边转录一边进行核糖体亚基组装核 仁2个正在转录rRNA基因 许多RNA聚合酶分子同时转录,转录方向从左到右医学细胞生物学细胞核第62页“S”指超速离心中颗粒沉降速度，普通，颗粒越大，沉降系数越大45S RNA前体前体化学修饰化学修饰剪接剪接降解核苷酸序列降解核苷酸序列由他处生成由他处生成5SRNA并入核糖体小亚基并入核糖体小亚基并入核糖体大亚基并入核糖体大亚基45S rRNA剪接核 仁医学细胞生物学细胞核第63页核 仁医学细胞生物学细胞核第64页 45S rRNA前体 结合来自胞质80各种蛋白质，然后在酶催化下，失去一些RNA与蛋白质，裂解形成：28SrRNA、18SrRNA、5.8SrRNA 核 仁医学细胞生物学细胞核第65页4.核仁周期核仁 在细胞周期出现 一系列结构和功效 周期性改变，称：核仁周期 nucleolar cycle有丝分裂前期，染色质凝集，全部RNA 合成停顿，rDNA袢环 收缩回到 对应染色体 核仁组织区；核仁先变形变小，颗粒组分、纤维组分 逐步消失在 周围核质中中期和后期核仁消失有丝分裂末期，核仁组织者区 rDNA去凝集，重新开始转录rRNA，核仁纤维组分和颗粒组分开始生成，核仁出现在核仁周期改变中，rRNA基因活性表示是核仁重建必要条件；核仁开始出现时较小，数目较多，融合形成大核仁核膜核膜核仁核仁核核仁仁解解聚聚核核仁仁形形成成G1MitosisSG2核 仁医学细胞生物学细胞核第66页核骨架 nuclear scaffold，又称 核基质 nuclear matrix：是指 真核细胞 间期细胞核中 除核膜、染色质和核仁 外部分，是一个以 非组蛋白为主 组成纤维网架 结