细胞生物学宣讲.ppt

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complex,NPC,）构成。,4,、核孔复合体,一般哺乳动物细胞平均有,3000,个核孔。,细胞核活动旺盛的细胞中核孔数目较多，反之较少。,在电镜下观察，核孔是呈圆形或八角形，现在一般认为其结构如,fish-trap,。,核孔复合体“捕鱼笼式结构”,胞质环,核质环,辐,中央栓,核篮,胞质环：,核质环,：,辐：,包括,柱状亚单位,（连接胞质、核质环）、,腔内亚单位,（核孔边缘向核周质）、,环带亚单位,（向核孔中心）,中央颗粒（塞子）：,中央栓,胞质环,辐,核孔复合体“捕鱼笼式结构”,柱状亚单位,：位于核孔边缘，连接胞质环与核质环，起到支撑核孔的作用；,腔内亚单位：,穿过核膜伸入核周间隙，起锚定作用；,环状亚单位,：在柱状亚单位内侧靠近核孔中央，是核,-,质交换的通道,辐,核质环（,nuclear ring,）：,位于核孔复合体结构边缘,核质,面一侧的孔环状结构,与,柱状亚单位相连,，在环上也对称分布,8,条纤维伸向核内，纤维末端形成一个由,8,个颗粒组成的小环,构成捕鱼笼似的结构，称,“核篮”。,胞质环（,cytoplasmic ring,）：,位于核孔复合体结构边缘,胞质,面一侧的环状结构,与,柱状亚单位相连,，环上对称分布,8,条短纤维，并伸向细胞质。,核纤层广泛分布于高等真核细胞中，在细胞核中编织成纤维网络状，衬于内层核膜下面，在细胞核外与中间纤维相连，构成贯穿于细胞核与细胞质的网架结构体系，整体观呈,球形网络,，切面观呈,片层结构,。,5,、核纤层,二、染色质与染色体,染色质（,chromatin,）,：,是间期细胞遗传物质的存在形式，由,DNA,、组蛋白、非组蛋白及少量,RNA,等构成的细丝状复合结构。,形态不规则，弥散分布于细胞核内。,染色体（,chromosome,）：,是细胞在有丝分裂或减数分裂过程中，染色质复制后反复缠绕凝聚而成的条状或棒状结构。,染色质与染色体是遗传物质在细胞周期不同阶段的不同存在形式。,由：,DNA,、组蛋白、非组蛋白、少量的,RNA,组成的无定型复合物。,比例：,1:1:(1-1.5):0.05,。,（一）染色质和染色体的化学组成成分,1,、,DNA,染色质中的,DNA,是,遗传信息的载体。,真核细胞每条未复制的染色体均由一条,线性,DNA,分子,构成。,一个真核细胞单倍染色体组中所含的全部遗传信息，叫做,基因组（,genome,）。,单一序列和重复序列,真核细胞中染色质,DNA,序列可分为,单一序列,和,重复序列,两大类型，重复序列又分为,中度重复序列,和,高度重复序列,。,单一序列（,unique sequence,）：,结构基因，,在基因组中一般只有单一拷贝或少数几个拷贝。,中度重复序列（,middle repetitive sequence,）：,多数不编码，少数有编码功能，如：组蛋白基因。,重复次数在,10,1,10,5,之间，序列长度由几百到几千个碱基对（,bp,）不等。,高度重复序列（,highly repetitive sequence,）：,长度较短，一般为几个至几十个,bp,，但重复拷贝数超过,10,5,，分布在染色体的端粒、着丝粒区。,与染色体形成有关。,染色体的基本结构蛋白,保守的碱性蛋白,五类：,H,1,、,H,2,A,、,H,2,B,、,H,3,、,H,4,H,1,：,富含赖氨酸，,21.5kD,。有种属和组织特异性，保守性最小。,位于核小体连接部，功能与染色体构建有关。,H,2,A,、,H,2,B,：,含较多赖氨酸，较保守,H,3,、,H,4,：,含大量精氨酸，非常保守,在细胞合成周期的“,S,期”与,DNA,同时合成,2,、组蛋白（,histone,）,染色质中除组蛋白以外所有蛋白质的统称。,特性：,（,1,）,酸性蛋白：含,Asn,（天冬）、,Glu,（谷）等，带负电,;,数量少、种类多，有种属和组织特异性,。,在整个细胞周期内合成。,（,2,）,真核转录调控因子，与基因选择性表达有关；对,DNA的结构域起组织作用。,3,、非组蛋白,组蛋白与非组蛋白的比较,组蛋白,非组蛋白,碱性蛋白质,酸性蛋白质(Asp,Glu),带正电荷,带负电荷,有五种类型,种类繁多,（H1、H3、H4、H2A、H2B）（有500多种）,在S期合成,在整个周期中均能合成,抑制DNA的转录,促进DNA复制和转录,氨基酸序列保守,常染色质,异染色质,（二）常染色质与异染色质,间期染色质按其染色特性和形态特征分两类：,常染色质,和,异染色质,。,常染色质,enchromatin,（伸展染色质 、功能性染色质）：,无明显螺旋和盘曲、染色浅、功能上活跃。多在,S,期的早、中期复制。,异染色质,是间期核中处于功能惰性呈凝缩状态染色质纤维,无转录活性，用碱性染料染色时着色较深的染色质组分。,多位于核周近核膜处。结构异染色质：,在所有细胞类型及各发育阶段中均处于凝集状态。,兼性异染色质：,是在某些细胞类型或一定的发育阶段，原有的常染色质凝聚并丧失转录活性后转变而成的异染色质，可转化为常染色质。,巴氏小体,X,染色质,X,染色质数目,X,染色体数,1,（二）常染色质与异染色质,常染色质,异染色质,螺旋缠绕程度,螺旋程度低，呈疏松的纤维状,螺旋程度高，呈团块状,间期染色深度,染色浅,染色深,间期核中的分布,主要分布于,核中央,主要分布于,核周边,转录活性,转录活性高,转录活性低,复制时间,S期的早、中期,S晚期,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,1.7,2.0m,。,nucleosomes(10 nm),c,ondensed form(30 nm),（三）染色质组装成染色体,（三）染色质组装成染色体,1,、核小体是染色体的基本结构单位,核小体：染色体组装的一级结构,200bpDNA+,组蛋白八聚体,将,DNA,分子长度压缩了约,7,倍,球状组蛋白核心,H,4,DNA,双螺旋(140-160,bp,、,1.75,圈）,H,3,H,4,H,3,H,2,A,H,2,A,H,2,B,H,2,B,H,4,H,3,H,3,H,4,H,2,A,H,2,A,H,2,B,H,2,B,10nm,连接,DNA,（,50-60bp,）,H,1,H,1,核小体,核心部,连接部,DNA,分子：,140-160,bp,、,1.75,圈,组 蛋 白：,2,（,H,2,A,、,H,2,B,、,H,3,、,H,4,）八聚体,组 蛋 白：,H,1,DNA,分子：,50,60,bp,核小体,染色体的一级结构,核小体,28,30nm,和,11nm,染色质纤维,2,、核小体进一步螺旋形成螺线管,螺旋管是在组蛋白,H1,协助下，,6,个核小体缠绕一圈形成的中空性管,.,外,30nm;,内,10nm,组蛋白,H1,位于螺旋管内侧。将串珠状小体长度压缩了约,6,倍；,内,10nm,外,30nm,组蛋白,DNA,H,1,组蛋白八聚体,螺线管顶面观（直径,30nm,）,螺线管侧面观,3,、螺线管的进一步包装,多级螺旋化模型（,multiple coiling model,）,一级结构,核小体；,二级结构,螺线管；,三级结构,超螺线管（,supersolenoid,）：,由螺线管,进一步螺旋化形成的圆筒状结构；,四级结构,染色单体（,chromatid,）：,超螺线管进一,步螺旋折叠形成。,Cell Nucleus,关于螺线管如何进一步包装成染色体，目前有两种模型：,多级螺旋化模型,和,染色体骨架,-,放射环模型,。,多级螺旋化模型,超螺旋管,为染色质的三级结构，它是由螺旋管进一步盘曲而形成。将螺旋管长度压缩了,40,倍。,四级结构染色单体,超螺旋管进一步折叠又被压缩了,5,倍。,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,3,、螺线管的进一步包装,染色质组装的多级螺旋化模型,Cell Nucleus,2.,染色体,骨架,-,放射环模型,（,scaffold radial loop structure model,）,一级结构,核小体；,二级结构,螺线管（,30nm,染色质纤维）。,袢环结构,染色单体,高级结构,Cell Nucleus,(,三,),螺线管的进一步包装,螺线管以后的高级结构由,30nm,染色质纤维折叠成的袢环构成。,袢环沿染色体纵轴由中央向周围伸出，形成,放射环；,每,18,个袢环呈放射状排列形成,微带（,miniband,），,微带是染色质高级结构的组成单位；,约,10,6,个徽带沿纵轴排列形成,染色单体。,在染色体中有一个由非组蛋白构成的纤维网架称为染色体支架,直径,30nm,的螺线管一端与支架结合，另一端向周围呈环状迂回后再回到结合处，形成的环状结构称为袢环,(,每个袢环包含核小体,315,个）,袢环（由,30nm,螺旋管构成）,18,个袢环沿染色体的纵轴由中央向四周伸出，形成放射环，称为微带。,染色体支架（非组蛋白）,袢环,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,微 带,一条染色单体约有,10,6,个微带。,(,染色体纵轴或支架,),示染色质袢环,(,染色体纵轴或支架,),示染色质袢环,DNA,核小体,螺线管,伸展的袢环,浓缩袢环,染色体,三、核 仁,（,nucleolus,）,核仁：,真核细胞间期细胞核中最明显的结构，光镜下为均匀、海绵状的球体。,数目：,一般,12,个，有时多达,35,个。,位置与大小：,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，,常趋向核的边缘。,反之核仁很小或缺失。,核仁在分裂前期消失，分裂末期又重新出现。,（一）核仁的化学组成,核仁的化学成分主要为,蛋白质，,RNA,和,DNA,。,蛋白质为核仁的主要成分，占核仁干重的80%，如核糖体蛋白、组蛋白、非组蛋白、,DNA,蛋白酶、,RNA,蛋白酶、,ATP,酶等多种酶系。,RNA,，约占干重的10%，多与蛋白质结合以核蛋白形式存在。,DNA,占核仁干重的8%。,超微结构：,海绵状,核仁染色质,纤维成分,颗粒成分,核仁基质,Cell Nucleus,（二）核仁的结构,42,核仁的结构,（,1,）,纤维成分,核仁中央。由蛋白和,rRNA,所构成，交织成海绵状。,（,2,）颗粒成分,核仁外围。由纤维转变而来。是核糖体亚基的前体。,43,（,3,）核仁染色质,核仁周围染色质,（异染质为主）,核仁内染色质,（常染质为主）,含,rDNA,，为核仁组织者。,44,核仁内染色质含,rDNA,*,rDNA,载有多个,rRNA,基因。,*,多拷贝基因、串连排列，重复序列,*,转录,rRNA,，,核仁形成的关键。,*,称,核仁组织区（,NOR,）,nucleolar organizer region,，,核膜,核仁,含有,rDNA,的,10,个伸展的间期染色体袢环进入核仁中,机械剪切,分离的含有不完整染色体袢环的核仁,rDNA,是染色体上伸展出的,DNA,袢环，每一个袢环称为一个,核仁组织者,。,人类,rRNA,基因,位于,5,条染色体上，即,13,、,14,、,15,、,21,、,22,号染色体。,核仁内染色质含,rDNA,核仁组织者（区）,Nuclear organizer,核仁内染色质上含有成串的,rRNA,基因，这个染色体区段称为,核仁组织者,。它们在间期时相互融合，构成的区域称为,核仁组织者区,(NOR),；在分裂中期时存在于特定染色体的,次缢痕,处。,人类的,rRNA,基因位于,13,、,14,、,15,、,21,、,22,号,5,对染色体的端部。,NOR,有丝分裂时核仁为什么会消失,?,染色质,48,2.,核仁的功能,*,（,1,）核仁是,rRNA,基因转录和加工的场所,*,（,2,）核仁是核糖体亚基装配的场所,问题：,在细胞分裂时，核仁为何会消失？,49,（,1,）核仁是,rRNA,基因转录和加工的场所,当细胞需要时，,NOR,可利用多拷贝的,rRNA,基因大量转录,45S,的,rRNA,分子。,45S rRNA,是核糖体所需,RNA,的,前体，,要经过剪切加工成,28S,、,18S,、,5.8S rRNA,。,核糖体所需的,5S rRNA,的基因不在,NOR,。,Cell Nucleus,(1),核仁是,rRNA,基因转录和加工的场所,（,2,）,核仁是核糖体亚基装配的场所,核糖体大亚基,（,60S,）,28S rRNA,5.8S rRNA,5S rRNA,49,种蛋白质,来自核仁,来自核仁以外区域,来自核仁,核糖体小亚基,（,40S,）,18S rRNA,33,种蛋白质,Cell Nucleus,核糖体大、小亚基的组装,四、核仁周期,核仁周期（,nucleolar cycle,）：,在进行有丝分裂的细胞中，核仁出现一系列,结构与功能的周期性变化,。,核仁的周期性变化：,前期：,核仁变小，染色质凝集，,RNA,合成停止；,中期和后期：,核仁消失；,末期：,rRNA,重新开始合成，形成小核仁；,极小的核仁进一步合并最终形成核仁。,Cell Nucleus,核仁的动态变化：,核仁随细胞周期的进行而呈现周期性变化（形成和消失）。,染色体含,rDNA,的核仁组织区解旋和伸展，重新开始形成核仁。,间期,分裂期,染色质浓缩，核仁组织者区缩回染色体，纤维成分和颗粒成分分散在核质中，整个核仁缩小继而消失。,四、核仁周期,四、核基质,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。,思考题,1,、间期核的结构。,2,、核膜的结构。,3,、核孔复合体的结构模型内容。,4,、染色质的类型包括哪些？,5,、简述核小体的结构。,6,、,DNA,与蛋白质怎样形成染色体？,7,、核仁为何是一种周期性的结构？,