细胞核与染色质.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,*,细胞核与染色体,The cell nucleus,主要内容,一、核膜（,Nuclear envelope,）,二、核骨架,(Nuclear scaffold),三、染色质与染色体,(Chromatin and chromasome),四、核仁（,Nucleolus,）,五、核糖体（,Ribosome,）,1781,年,Trontana,发现于鱼类细胞；,1831,年，,Brown,发现于植物。,大小：植物,1,4m,，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,。,Three key regions of a chromosome,2.DNA,结构稳定遗传的功能序列,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),。,带正电荷，含,Arg,，,Lys,，属碱性蛋白，共,5,种，分为：,核心组蛋白,（,core histone,）：,H,2,A,、,H,2,B,、,H,3,、,H,4,；,连接组蛋白,（,linker histone,）：,H,1,。,结构：高度保守，尤其是,H3,和,H,4,。,核心组蛋白由球形部和尾部构成，球形部借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。,H,1,多样性，具有属,(genus),和组织特异性。,（二）组蛋白（,histone,）,H,4,H,3,H,4,H,3,H,2,A,H,2,A,H,2,B,H,2,B,10nm,特性：,1.,含有较多天冬氨酸、谷氨酸，带,负电荷，属酸性蛋白质。,2.,整个细胞周期都进行合成，组蛋白只在,S,期合成。,3.,能识别特异的,DNA,序列，识别与结合靠氢键和离子键，特异性识别的序列在进化上是保守的。,（三）,非组蛋白,非组蛋白的功能,功能,：,1.,参与染色体的构建；,3.,调控基因转录。,2.,启动基因复制；,非组蛋白的不同结构模型,二、常染色质和异染色质,间期核中染色质可分为异染色质,（,heterochromatin,）,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,2.,常染色质,（伸展的、功能性染色质）,无明显的螺旋和盘曲、染色浅、功能,上很活跃、均匀分布于核内。,1.,异染色质,(,浓缩的、非功,能性染色质,),高度螺旋和盘,曲、染色深、功能上不很活,跃、位于核的边缘。,三、染色质的结构及染色体的组装,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),1.,核小体（,nucleosome,）,：,核小体,：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,83bp,，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,。,核小体是染色质的基本组成单位，为染色质的一级结构，,10nm,。将,DNA,分子长度压缩,1/7,。,球状组蛋白核心H,4,DNA,双螺旋,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,）,核小体,核心部,连接部,DNA,分子：,140,160bp,、,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：,50,60bp,核小体,形成,11nm,的纤维,2.,螺线管（,solenoid,）,：,在电镜下观察用温和方法分离的染色质是直径,30nm,的纤维：,由核小体螺旋化形成，每6,个核小体绕一圈,（螺线管,），长度压缩,6,倍；,solenoid,3.,染色体的构建：,目前多认为,30nm,的纤维折叠为一系列的,环（,loop,袢环）,结合在,核骨架,上（或称,染色体骨架,），结合点是,富含,AT,的区域。,Chromatin Packing,四、染色体形态特征,随体,次缢痕,主缢痕,端 粒,长 臂,短 臂,染色单体,着丝粒,染 色 体,短臂,长臂,DNA,染色体分类图示,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,）动粒（着丝点）结构域（,kinetochore domain,）,2,）中心结构域（,central domain,）,3,）配对结构域,(pair domain),（一）着丝粒,（,centromere,）和,动粒,（,kinetochore,）,OP,interzone,IP,1,）动粒结构域（,kinetochore domain,）,位于着丝粒的,外,表面，包括三层板状结构和围绕外层的纤维冠,(fibrous corona),。,2,）中心结构域（,central domain,）,位于动粒结构域的下方。其中含有高度重复的卫星,DNA,。,3,）配对结构域,(pair domain),位于中心结构域的内层，中期两条染色单体在此处相互连结。,荧光原位杂交（,Fluorescence in situ hybridization,FISH,）显示的着丝粒卫星,DNA,（二）次缢痕,(secondary constriction),（有丝分裂中期染色体上的结构）,核仁组织区,（,nucleolar orgnizing regions NORs,），间期核仁的结构，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,。,（三）随体,(satellite),：,某些染色体的短臂末端呈球形或棒状结构。,（四）端粒（,telomere,）,由高度重复的短序列组成，高度保守。,端粒核苷酸复制和基因,DNA,不同，每复制一次减少,50,100bp,，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。,作用：,维持染色体的稳定性。,起细胞分裂计时器的作用。,DNA,（,a,）,5,TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTG,OH-3,3,AACCCCAA-5,端粒酶结合,3,AACCCCAA,（,5,）,(b),移位再杂交,进一步聚合作用,端粒酶催化端区,TG,链的合成,端粒特点,富含,T,、,G,碱基的短序列多次重复端粒复制不依赖模板,DNA,；,端粒酶：,RNA,蛋白质复合物,作用,：维持染色体的稳定性和,DNA,复制的完整性。,膜板,ACCCCAAC,端粒酶,RNA,5,TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTG,GGGTTG,OH-3,五、核型与染色体带型,（一）核型,(Karyotype),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、着丝粒的位置、随体的有无等特征。,性细胞染色体为单倍体（,haploid,），用,n,表示,;,正常核型,：,23,Y;23,X,。,体细胞为,2,倍体,（,diploid,）,以,2n,表示，如人类,2n=46,，,23,对，分为,AG7,组,122,常染色体；,(X,Y),为性染色体,正常核型：,46,XY;46,XX,。,18,三体综合征患儿 核型为：,47,，,XY,，,18二）染色体分带,第四节 核仁（,nucleolus,）,核仁（,nucleolus,）,见于间期的细胞核内，呈圆球形，一般,1,2,个，有时多达,3,5,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，反之核仁很小或缺失。,一、核仁的形态结构和化学组成,(,一,),核仁的化学组成,主要是,核酸和蛋白质,少量的糖类。,蛋白质：,占,80%,核糖体蛋白、组蛋白和非组蛋白、酸性磷酸酶、,ATP,酶、,RNA,聚合酶。,RNA:,占,10%;,以,RNP,的形式存在,DNA:,占,8%,；存在于核仁染色质部分,(,二,),核仁的亚显微形态,1.,核仁相随染色质：,核仁周围染色质和核仁内染色质（功能活性）,0,后者是是深入核仁内的核仁组织者区,(NOR),，具有,rRNA,基因,(rDNA),核仁相随染色质、纤维结构、颗粒成分和核仁基质,.,纤维结构,(fibrillar centers,，,FC),：是电子密度致密部分，呈圆形或半圆形分布在浅染区周围纤维包围的一个或几个高电子密度的圆形结构，主要有正在转录的,rRNA,组成，此外还包括,RNA,聚合酶和蛋白质。,.,颗粒成分,(granular component,，,GC),：由直径,15-20 nm,的颗粒构成，是不同加工阶段的,RNP,，是核糖体亚基的前体物。,.核仁基质,：无定形的蛋白质性液体物质环境。,电子显微镜下观察到的核仁形态,二、核仁周期,(nucleolus cycle),周期性变化,间期：,核明显,分裂期：,核仁组织区的染色体浓缩，,rRNA,合成停止，核仁逐渐缩小，最后消失；,末期：,子细胞形成时，合成重新开始，核仁又重新出现。,三、核仁的功能,1.,合成,rRNA,，并进行加工,2.,装配核糖体的大、小亚基,（一）核糖体的成分,含,40%,的,蛋白质,、,60%,的,RNA,，由两个亚单体构成。,分为,70S,、,80S,和,55S,三种类型。,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,）。,第五节 核糖体,ribosome,核糖体的组成,60S,结 构,大亚基,小亚基,柄,中心突,嵴,平台,头部,裂沟,基部,50S,30S,mRNA,40S,mRNA,tRNA,多肽,中央管,5,，,3,，,mRNA,A,部位,P,部位,G,因子,T,因子,核糖体的四个活性部位,(,二,),核糖体的结构,.,氨酰基位点,，氨酰,-tRNA,结合,部位，也称,A,位。,.,肽酰基位点,，肽酰,-tRNA,结合,部位，也称,P,位。,.,肽酰基转移酶位点,（,T,因子,）形成肽键。,.,GTP,酶位点,（,G,因子,）使肽酰,-tRNA,由,A,位转到,P,位,活性部位,Protein Synthesis,A,P,（三）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，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。,1.,概述细胞核的基本结构及其主要功能。,2.,试述核孔复合体的结构及其功能。,3.,概述染色质的类型及其特征。,4.,比较组蛋白与非组蛋白的特点及其作用。,5.,试述核小体的结构要点及其试验证据。,作业,