细胞核与染色体

1、细胞核细胞核nucleus1、细胞核以怎样的结构存在?分裂间期-分裂期2、细胞核的功能是什么?细胞核对于一个细胞，就象CEO对于他的企业一样。光镜下细胞核显而易见(分裂间期)细胞核在分裂期消失第四章第四章 细胞核细胞核 与染色体与染色体Nucleus & Chromosomes第一节第一节 核被膜核被膜第二节第二节 染色质和染色体染色质和染色体第三节第三节 细胞核的功能细胞核的功能第四节第四节 核仁核仁第五节第五节 细胞核与疾病细胞核与疾病核被膜核被膜( (核膜核膜) ) Nuclear envelope (Nuclear membrane)一、核被膜/核孔使细胞核与细胞质既有分隔又有

2、沟通二、核被膜使遗传信息的转录和翻译发生在不同区室三、在细胞有丝分裂时核膜解聚并重新形成内外层核膜和核周间隙内外层核膜和核周间隙Inner & outer nuclear membrane&Perinuclear space内外层核膜：内外层核膜：构成细胞核和细胞质之间的分隔, 外层核膜与内质网相连,内层核膜内表面与 核纤层相贴附核周间隙：核周间隙：内、外层核膜交会形成的腔隙， 与内质网腔相通外层核膜外层核膜内层核膜内层核膜核周间隙核周间隙返回糙面内质网糙面内质网核糖体核糖体核被膜核被膜核膜电镜照片核膜电镜照片核纤层核纤层核孔核孔核膜核膜原核细胞原核细胞 procaryote

3、eucaryote真核细胞真核细胞细胞核：细胞核：“ 核酸的区室核酸的区室”Nucleus: “ The compartment for nuclear acids”核孔核孔 Nuclear pore核孔核孔：核膜上的孔洞，其边缘为内、外层核膜融合形成核孔复合体：核孔复合体：组成核孔的一组蛋白质颗粒 以特定排列方式形成的复合体， 可以从核膜上分离出来核孔核孔核孔电镜照片（冰冻蚀刻）核孔电镜照片（冰冻蚀刻）核核孔孔复复合合体体电电镜镜照照片片超薄切片负染柱状亚单位柱状亚单位环带亚单位环带亚单位腔内亚单位腔内亚单位纤维纤维核质环核质环内层核膜内层核膜外层核膜外层核膜核核 胞质基质胞质基质 核孔复合

4、体核孔复合体（nuclear pore complex ）核孔复合体的功能核孔复合体的功能使核质之间既有分隔又有沟通使核质之间既有分隔又有沟通含水的、选择性的、双向通道，直径变化925nm1、分子质量小于5,000Da (直径9nm) ，自由扩散进出核孔2、更大的分子(直径9-25nm), 依靠核孔复合体介导的主动 运输进出 （消耗（消耗能量能量, , 并需要分子上并需要分子上定位信号定位信号） 思考：什么分子需要进出核孔？思考：什么分子需要进出核孔？细胞质细胞核核纤层核纤层nuclear lamina 高等真核细胞内层核膜下 由纤维蛋白构成的网络壳层核仁核仁纤维状纤维状核纤层核纤层电镜照片显

5、示核纤层电镜照片显示核纤层核纤层核纤层外层核膜外层核膜内层核膜内层核膜 膜蛋白膜蛋白染色质纤维染色质纤维核纤层蛋白核纤层蛋白 核周间隙核周间隙细胞质细胞质细胞核细胞核细胞质细胞质核纤层的功能核纤层的功能与核膜形成和染色体构建有关与核膜形成和染色体构建有关1、对核膜，在间期起支撑作用，在分裂期调控核膜 崩解和重新装配2、对染色体，在间期提供染色质锚定位点，在分裂 期可能提供染色体构建附着位点核纤层蛋白基因缺陷：先天性早老症（progeria）核膜的主要功能：核膜的主要功能：1. (核被膜)分隔细胞核与细胞质 核膜包围核物质形成特定的代谢环境 将RNA合成和蛋白质合成分开2.(核孔)沟通细胞核与细

6、胞质之间的物质双向交流 （思考“谁进出核孔”） 遗传物质复制、转录、加工所需酶、蛋白质入核 RNA和核糖核蛋白复合体出核3.(核纤层)提供染色质和染色体的附着位点 转录翻译第四章第四章 细胞核细胞核 与染色体与染色体Nucleus & Chromosomes第一节第一节 核被膜核被膜第二节第二节 染色质和染色体染色质和染色体第三节第三节 细胞核的功能细胞核的功能第四节第四节 核仁核仁第五节第五节 细胞核与疾病细胞核与疾病染色质和染色体染色质和染色体 chromatines & chromosomes一、染色质和染色体具有相近的化学组成和不同的形态二、DNA分子上排列着遗传信息表

7、达和遗传物质复制所需要的特殊 序列三、染色体蛋白质负责DNA分子的包装和基因表达的调控四、DNA分子经历逐级的有序包装五、DNA分子的包装形式与基因表达调控有关六、染色质和染色体的功能是承载细胞的遗传信息一、一、染色质和染色体具有相近的化学组成染色质和染色体具有相近的化学组成和不同的形态和不同的形态The chemical composition and morphologyof chromatines and chromosomes形态：形态：间期间期-分裂期分裂期InterphaseInterphase - mitosis - mitosis光镜下骨骼肌细胞核（苏木素染色）光镜下骨骼肌细胞

8、核（苏木素染色）透射电镜下超薄切片核内染色质透射电镜下超薄切片核内染色质异染色质异染色质常染色质常染色质电镜下呈纤维状的染色质电镜下呈纤维状的染色质18染色体（红色）和19染色体（青色）各两份拷贝染色质染色质(chromatine)：间期：伸展、细长结构，一定程度的互相缠绕间期：伸展、细长结构，一定程度的互相缠绕 透射电镜观察，超薄切片上呈点状、块状点状、块状 （纤维横切或斜切）（纤维横切或斜切）异染色质：核膜下、核仁周围及核内散在，高电子密度异染色质：核膜下、核仁周围及核内散在，高电子密度常染色质：异染色质之间的浅染区域常染色质：异染色质之间的浅染区域 整装细胞刺破核膜使染色质铺展，可见呈纤

9、维状纤维状光镜下能被染料显示，但形态结构不可见核型karyotype带型着丝粒着丝粒扫描电镜下分裂中期染色体扫描电镜下分裂中期染色体染色体染色体 (chromosome):分裂期：卷曲、紧缩、螺旋化、棒状分裂期：卷曲、紧缩、螺旋化、棒状（光镜、电镜下均可见）光镜下：碱性染料着色，棒状棒状（或花瓣状花瓣状）核型：全套染色体按序排列，分析染色体数目和形态核型：全套染色体按序排列，分析染色体数目和形态带型：荧光或其他染料显示特异的明暗相间的条带，带型：荧光或其他染料显示特异的明暗相间的条带， 用以逐一识别染色体并排序用以逐一识别染色体并排序扫描电镜下分裂中期染色体： H形形（姐妹染色单体在着丝粒相连

10、），上可见粗大颗粒间期细胞间期细胞分裂后期细胞分裂后期细胞分裂中期细胞分裂中期细胞分裂前期细胞分裂前期细胞movmov染色质染色质染色体染色体大量蛋白质大量蛋白质包装包装(折叠、紧缩折叠、紧缩)如何包装？下文详述染色质和染色体都是由DNA和染色体蛋白质 组成的复合结构，是细胞内遗传物质存在的 形式。染色质是指DNA/蛋白质复合结构在间期细胞核 内表现的伸展的线性结构（直径30纳米）。染色体是指染色质线性结构经不同程度的 折叠、紧缩而形成的棒状结构。 常专指分裂期染色体常专指分裂期染色体 差异：在于差异：在于包装程度包装程度不同不同化学组成和结构化学组成和结构Chemical compositi

11、on & structure(一一) DNA（双螺旋）双螺旋）(二二)染色体蛋白质染色体蛋白质染色质或染色体染色质或染色体1. 组蛋白组蛋白2. 非组蛋白非组蛋白DNA 49组蛋白 49非组蛋白少量RNA 极少量The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1910in recognition of the contributions to our knowledge of cell chemistry made through his work on proteins, including the nucleic substances Albre

12、cht Kossel Germany University of Heidelberg Heidelberg, Germany b. 1853d. 1927 Albrecht Kossel Nobel LectureDecember 12, 1910 The Chemical Composition of the Cell NucleusThe chemical structure of these nucleic substances shows some peculiarities which are found in many organic components of protopla

13、sm, particularly in those which participate actively in metabolic processes. It has been observed that such components break down easily into a certain number of closed atom groups which have been compared to building blocks. Such building blocks, fitted together in great number and variety and appa

14、rently according to a definite plan, form the molecule of proteins, and also of starch and glycogen, and in smaller numbers those of fats and phosphatides.组蛋白（组蛋白（histonhiston） 总量相当于DNA量 分子量小 含大量带正电氨基酸（精/赖），能中和DNA所带负电荷 分成5种两类： H1- H1- H1组蛋白组蛋白H2AH2BH3H4核小体组蛋白核小体组蛋白组蛋白组蛋白主要作用： 1. 1. 染色体构建染色体构建 2. 2.

15、调控基因转录调控基因转录 详见下文非组蛋白非组蛋白( (non-non-histonhiston) ) 总量远少于组蛋白 种类繁多 能识别特异DNA序列并与之结合 - -序列特异性序列特异性DNADNA结合蛋白结合蛋白 功能各异： - 参与染色体构建 - 启动DNA复制 - 调控基因转录Watson 和Crick 揭示DNA 双螺旋结构（1953年）DNA分子结构结构双螺旋双螺旋DNA上的特殊序列基因上的特殊序列基因genes 基因(gene)是DNA分子中能产生有功能的 RNA分子的一段核苷酸序列，是遗传信息表达的单位。 有功能的RNA分子- - mRNA：编码蛋白质编码蛋白质- rRNA

16、和和 tRNA：结构结构RNA - 微小的、非编码的微小的、非编码的RNA真核细胞基因的组成：外显子exon 是基因中用于编码的序列内含子intron是间隔在外显子之间的非编码序列 调控序列regulatory sequence 是可被基因调节蛋 白结合的序列人类基因组genome：人细胞23对染色体携带的所有遗传信息 proteintranslation一个基因一个基因外显子外显子内含子内含子调控序列调控序列表12 1 人第22条号染色体和整个基因组的一些统计数据 22号染色体 整个人类基因组 DNA长度 48 106 核苷酸对（bp） 3.2 109 bp 基因数目 700个左右 30,0

17、00个左右 编码蛋白的最小基因 1000 bp 未分析 编码蛋白的最大基因 583,000 bp 2.4 106 bp 平均基因大小平均基因大小 19,000 bp 27,000 bp 每个基因中外显子最少个数 1 1 每个基因中外显子最多个数 54 178 每个基因中外显子平均个数 5.4 8.8 最小外显子大小 8 bp 未分析 最大外显子大小 7600 bp 17,106 bp 平均外显子大小 266 bp 145 bp DNA序列位于外显子中的百分比序列位于外显子中的百分比 3% 1.5%人类基因组研究揭示令人惊讶的数据：人类基因组研究揭示令人惊讶的数据： 1 1、基因很大、基因很大

18、2 2、外显子很少、外显子很少染色体分子复制所必需的序列染色体分子复制所必需的序列Essentiel elements of a chromasome三种序列是遗传物质复制和分配所必需的：三种序列是遗传物质复制和分配所必需的： 多个复制起始点 replication origines 一个着丝粒 centromere 两个端粒 telomeres（每条染色体上都有）DNA复制：由一个亲代DNA双螺旋产生两个子代双螺旋的过程。DNA复制有丝分裂染色体分子的包装染色体分子的包装Package of the chromosomes多个层次的包装：多个层次的包装： 串珠样结构-核小体nucleosom

19、es 30nm纤维 30nm fibers 球状结构 global structure意义:1.使纤长的DNA双螺旋分子经反复折叠而大大缩短（5cm5m）2. 有利于转录和复制的高效准确进行包装包装(折叠、紧缩折叠、紧缩)双螺旋双螺旋包装包装(折叠、紧缩折叠、紧缩)？核小体核心粒核小体核心粒缠绕缠绕DNA连接段连接段DNA核小体组成核小体组成：组蛋白八聚体核心组蛋白八聚体核心(H2A,H2B,H3,H4)X 2 +缠绕缠绕DNA链链1.75圈圈(146bp) +连接段连接段DNA(0-80bp)平均平均DNA长度长度=200bpDNA分子经此包装缩短（5cm2cm）3030nmnm染色质纤维染

20、色质纤维串珠状纤维串珠状纤维 (核小体核小体)（常见形式）将核小体结构包装成30nm纤维依赖两种机制：1. 1. H1 组蛋白组蛋白2. 2. 核小体组蛋白的尾部核小体组蛋白的尾部 两种力量均使得相邻核小体被拉在一起,并折叠成直径30nm的规则结构DNA分子经此包装缩短（2cm0.1cm）组蛋白组蛋白核心核心DNADNA返回组蛋白组蛋白H1H1组蛋白组蛋白H1H1帮助把相邻帮助把相邻核小体拉在一起核小体拉在一起, ,折叠成折叠成直径直径3030nmnm 的规则结构。的规则结构。3030nmnm纤维纤维核小体核小体H2AH2A、H2BH2B、H3H3、H4H4四个亚基的肽链尾部伸出，与四个亚基的

21、肽链尾部伸出，与相邻核小体发生作用相邻核小体发生作用组蛋白尾部修饰：影响组蛋白尾部修饰：影响DNA包装形式（松或紧）包装形式（松或紧）电镜照片推断的结构模式核小体核小体包装成包装成3030nmnm纤维纤维的的两种可能模式两种可能模式组蛋白组蛋白主要作用：1.1.染色体构建染色体构建 将DNA盘绕成核小体-核小体组蛋白 将核小体进一步折叠成30nm 纤维- H1组蛋白 - 核小体组蛋白 尾部互相作用 异染色质包装- 核小体组蛋白尾部共价修饰2. 2. 调控基因转录调控基因转录 - 核小体组蛋白尾部共价修饰举例：核小体组蛋白尾部共价修饰 对染色质结构的影响和一个基因表达的调控转录酶将30nm纤维包

22、装成更高级结构的方式：襻环和螺旋化DNA分子经此包装缩短（ 0.1cm 5m ）30nm纤维以非组蛋白为骨架，折叠成一系列袢环。30nm纤维在DNA转录和复制时，以袢环为单位 发生松解，伸展成串珠状纤维或DNA双螺旋袢环-间期染色质包装成染色体的方式 （普遍存在）中期染色体中期染色体经特殊处理经特殊处理显示袢环显示袢环分裂中期染色体分裂中期染色体:在袢环基础上在袢环基础上进一步折叠、进一步折叠、紧缩和螺旋化，紧缩和螺旋化，需要需要condensine等许多蛋白质等许多蛋白质非组蛋白非组蛋白主要作用 - - 参与染色体构建参与染色体构建 间期染色体形成襻环间期染色体形成襻环 分裂期染色体造成紧缩

23、分裂期染色体造成紧缩 - - 启动启动DNADNA复制复制 (酶和调控蛋白) - - 调控基因转录调控基因转录 (酶和调控蛋白)一段一段DNA双螺旋双螺旋染色质串珠结构染色质串珠结构染色体上呈伸展染色体上呈伸展状态的某个区段状态的某个区段染色体的紧缩状态染色体的紧缩状态整个中期染色体整个中期染色体卡通30nm染色质纤维染色质纤维间期和分裂期染色体的包装间期和分裂期染色体的包装串珠状纤维串珠状纤维(核小体核小体)双螺旋双螺旋染色单体染色单体线形染色质到棒状染色体的构建线形染色质到棒状染色体的构建30纳米纤维纳米纤维襻环襻环间期染色体分裂期染色体常染色质与异染色质常染色质与异染色质euchroma

24、tines and heterochromatines细胞核电镜照片细胞核电镜照片异染色质异染色质常染色质常染色质异染色质的概念heterochromatine 间期核内，一条染色体上的染色质并不处于完全相同的包装状态，而是同时含有紧缩的和相对伸展的染色质形式，其中最紧缩的形式就是异染色质。一个典型的哺乳动物细胞的基因组有10包装在异染色质的区段。 异染色质虽然在染色体的全长都可以出现，但特别集中在一些区段，即着丝粒和端粒。 间期核中，常染色质由30nm纤维和袢环两个结构层次组成，而异染色质含有许多外加的蛋白质，其结构更为紧缩。 异染色质的基因表达活性很低。首先因为大部分折叠成异染色质的DNA

25、不含基因，其次因为异染色质极其紧缩，基因被包装进异染色质通常就不能表达。 这并不表明异染色质对细胞是无用的或不利的。 1. 异染色质对端粒和着丝粒端粒和着丝粒（它们都不含基因） 功能的维持很重要， 2. 有些基因必须位于异染色质内。 基因沉默的方式基因沉默的方式?异染色质与基因表达雌性动物所有细胞中都仅有1条X染色体。可能因为双倍X X染色体是致死的，在胚胎发育过程中1条X X染色体通染色体通过随机变成过随机变成异染色质异染色质而永久失活而永久失活。此后，这条失活X X染色体遗传给后代细胞，但在细胞受精后会重新活化为常染色质最令人惊异的例子：整条染色体异染色质化，最令人惊异的例子：整条染色体异

26、染色质化，X 染色体成为巴氏小体染色体成为巴氏小体Barr 小体小体决定黑毛和黄毛的基因分别位于两条决定黑毛和黄毛的基因分别位于两条X染色体。胚胎发育早期，不染色体。胚胎发育早期，不同细胞中整条同细胞中整条X染色体异染色质化，造成不同细胞只含黑毛或黄毛染色体异染色质化，造成不同细胞只含黑毛或黄毛基因。黑斑或黄斑分别来源于这两种细胞。基因。黑斑或黄斑分别来源于这两种细胞。（这种猫是雌还是雄？）Calico 猫的奇丽皮毛：猫的奇丽皮毛：雌性的细胞核中巴氏小体核仁核仁巴氏小体巴氏小体发发生生异异染染色色质质化化的的X染色体染色体:巴巴氏氏小小体体细胞总体异染色质含量与细胞基因表达水平有关：当基因转录

27、变得活跃，异染色质减少，常染色质增多提示：异染色质与常染色质的区分不是一成不变的，提示：异染色质与常染色质的区分不是一成不变的， 而是可以互相转换的而是可以互相转换的异染色质与端粒和着丝粒端粒端粒 使末端染色体不致被细胞修复装置误认为受损染色体；它有助于调控端粒长度，还有助于在有丝分裂期染色体准确配对和分开。着丝粒着丝粒 有助于在有丝分裂期动粒的装配和纺锤丝的附着以及染色体分开。染色质和染色体的功能染色质和染色体的功能The functions of thechromatine and the chromosome遗传物质的载体遗传物质的载体(一一) DNA的复制和分配的复制和分配(二二) D

28、NA的转录的转录 详见下文(一一) DNA的复制和分配的复制和分配 结构基础: ? (二二) DNA的转录的转录 结构基础: ?(一一) DNA的复制和分配的复制和分配3个必需元件、整个DNA分子 (二二) DNA的转录的转录 基因（ DNA分子的一段）第四章第四章 细胞核细胞核 与染色体与染色体Nucleus & Chromosomes第一节第一节 核被膜核被膜第二节第二节 染色质和染色体染色质和染色体第三节第三节 细胞核的功能细胞核的功能第四节第四节 核仁核仁第五节第五节 细胞核与疾病细胞核与疾病细胞核的功能细胞核的功能 Functions of the nucleus一、遗传物质

29、在细胞分裂之前的特定时段发生复制二、DNA损伤修复可以不断进行三、遗传信息以基因为单位进行表达 细胞的遗传特性细胞的遗传特性要在代代相传中得到要在代代相传中得到维持，有赖于遗传物维持，有赖于遗传物质完整、准确的复制质完整、准确的复制并分配至子代细胞。并分配至子代细胞。遗传物质的复制遗传物质的复制replication of genetic materials 一、一、DNA DNA 复制过程及其特征复制过程及其特征二、DNA 复制的有关酶类和蛋白质一、一、DNA DNA 复制过程及其特征复制过程及其特征1.半保留复制2.复制从复制起始点开始3.复制叉、双向复制和复制泡4.复制叉的不对称性：前导

30、链、后随链和冈崎片段5.校读纠错机制6.整个染色体的复制复制过程复制过程 DNADNA复制从复制从复制起始点复制起始点开始开始, ,在起始蛋白为首的一个在起始蛋白为首的一个多酶复合体多酶复合体的作用下，双链解开，形成两个方向相反的作用下，双链解开，形成两个方向相反的的复制叉复制叉。在复制叉上，。在复制叉上，DNADNA聚合酶分别以聚合酶分别以DNADNA双链中双链中的一条为模板，的一条为模板，4 4种三磷酸脱氧核苷酸种三磷酸脱氧核苷酸为原料，合成两为原料，合成两条条新的新的DNADNA链链。 随着复制叉向相反两个方向推进，就形成随着复制叉向相反两个方向推进，就形成复制泡复制泡。复制泡在各个复制

31、起始点发生并增大，使复制泡在各个复制起始点发生并增大，使DNADNA分子得到分子得到完整复制。完整复制。 DNA复制：由一个亲代复制：由一个亲代DNA双螺旋产生两个子代双螺旋的过程。双螺旋产生两个子代双螺旋的过程。1. 半保留复制（ semi-conservatory replication ） 母链母链复制复制复制复制复制后的DNA分子，各含有1条原来的旧链和1条新链，两个新合成的双螺旋都是原来双螺旋的精确复制品，这称为半保留复制。复制复制2. 复制从复制起始点 replication origine 开始复制起始点：特殊的DNA序列1. 能被起始蛋白识别并结合2. 通常为富含A、T的重复序

32、列在细菌只有一个，在真核细胞有多个3. 复制叉、双向复制和复制泡 复制叉复制叉: : 已经打开的2条单链与未解开的双链间形成Y形。复制从复制起始点, 开始向两个方向推进。复制叉 replication forks在真核细胞的染色体上，复制叉由多处复制起始位点向两个方向移动4. 复制叉的不对称性 asymetry of the replication fork 前导链、后随链和冈崎片段问题：问题：一条新链：一条新链：53方向合成方向合成另一条新链如何合成？另一条新链如何合成？ 提示：提示：1. DNA聚合酶聚合酶只能催化单核苷酸只能催化单核苷酸53方向方向加入加入2. 53连续合成连续合成将使链

33、延长与复制叉将使链延长与复制叉推进相反推进相反?DNA的合成答案：答案：一条新链：一条新链：53方向不间断合成前导链方向不间断合成前导链另一条新链：另一条新链： 53方向间断合成后随链方向间断合成后随链答案：答案：一条新链：一条新链：53方向不间断合成前导链方向不间断合成前导链另一条新链：另一条新链： 53方向间断合成后随链方向间断合成后随链答案：答案：一条新链：一条新链：53方向不间断合成前导链方向不间断合成前导链另一条新链：另一条新链： 53方向间断合成后随链方向间断合成后随链间断合成的新链后随链间断合成的新链后随链RNARNA引物引物冈崎片段冈崎片段连接酶连接连接酶连接2 2个相邻个相邻

34、DNADNA片段片段DNA DNA 聚合酶聚合酶I I将相邻片段的将相邻片段的55RNARNA引物切除并引物切除并填补空隙填补空隙DNADNA聚合酶聚合酶IIIIII在在RNARNA引物引物3端延伸新端延伸新DNADNA根据模板在引物酶作用下生成根据模板在引物酶作用下生成RNARNA引物引物旧链旧链 新链新链复制叉内部结构是不对称的：一条链不间断地合成，并率先发生，因而叫作 前导链前导链另一条链间断合成，由冈崎片段连接而成，并 滞后发生，因而叫作后随链后随链。（后随链合成滞后的原因）后随链中核苷酸聚合的方向与链延伸的方向 是相反的，而链延伸的方向与复制叉推进的 方向是一致的。 在后随链合成中，

35、由在后随链合成中，由DNA聚合酶聚合酶III在在RNA引物的引物的3-OH上合成一段多核苷酸上合成一段多核苷酸链，此链，此DNA片段加上片段加上RNA引物构成冈崎引物构成冈崎片段。片段。冈崎片段冈崎片段(Okazaki fragments）卡通复制的主要步骤在复制起始点打开双链合成一段RNA引物前导链合成（DNA链在RNA引物后开始合成）后随链合成(冈崎片段在引物后开始合成）卡通T T TTCA5校读纠错机制Proofreading of replicationDNA聚合酶的纠错作用:1.1.发现碱基配对错误发现碱基配对错误会使会使DNADNA合成暂停合成暂停2.2.切除错配者，直至切除错配者

36、，直至正确配对的核苷酸作正确配对的核苷酸作为引物的为引物的33末端才末端才开始开始DNADNA合成。合成。6整个染色体的复制1. 多个复制泡不断发生2. 端粒酶保证真核染色体末端的完整复制3. DNA新链合成完毕后立即就有组蛋白与之装配，新的核小体形成快速分裂的核中提取快速分裂的核中提取的的 DNA DNA 电镜照片电镜照片复制泡复制泡return多个复制泡不断发生，各个区段复制顺序先后固定端粒酶保证真核染色体（后随链）末端的完整复制卡通组蛋白加入，形成新的核小体二、二、DNA DNA 复制的有关酶类和蛋白质复制的有关酶类和蛋白质 一系列酶和其他蛋白质组成复合体，作为一个整体沿DNA分子移动，

37、协调两条链上的合成过程。 奇迹的创造者奇迹的创造者(8(8小时内读完小时内读完10001000本书本书) )遗传信息的表达遗传信息的表达expression of genetic information一、基因的转录 transcription 从DNA到RNA二、基因的翻译 translation 从RNA到蛋白质中心法则中心法则 The central dogma 细胞内的基因先将它的遗传信息转录在mRNA上，再经过翻译，将特定的遗传信息翻译为特定的蛋白质。遗传信息的表达遗传信息的表达注意：变通和补充！ 在RNA合成酶系作用下，以DNA的一条链上的一段序列为模板，按照碱基配对原则，以4种三

38、磷酸核苷酸为原料，合成一个与模板序列互补的RNA分子。转录产物主要有mRNA、rRNA和tRNA。（一）转录过程 proteintranslation一个基因一个基因外显子外显子内含子内含子调控序列调控序列启动子和终止子：启动子和终止子：特殊的特殊的DNADNA序列，对序列，对RNARNA聚合酶发出的信号。聚合酶发出的信号。 启动子启动子: : 转录开始转录开始 终止子终止子: : 转录结束转录结束RNA聚合酶催化的细菌基因的转录:聚合酶遇到启动子序列就与之结合,打开双链开始转录,直至遇到终止子.卡通当某个基因当某个基因“开足马力开足马力”转录时的情转录时的情景景电镜下所见到的多个rRNArR

39、NA基因的高效转录所形成的箭头样结构的高效转录所形成的箭头样结构三种主要转录物：信使RNA (mRNA)传递遗传信息核糖体RNA (rRNA)作为结构分子和酶组分转运RNA (tRNA) 作为结构分子其他转录物：各种非编码RNA （microRNA、siRNA）比较比较DNADNA复制和转录的特点复制和转录的特点 复制 转录目的 复制遗传物质 转录遗传信息模板 完整的染色体分子 染色体分子上一段DNA(基因)催化合成的酶 DNA聚合酶 RNA聚合酶原料 4种脱氧核糖核苷酸 4种核糖核苷酸 dATP,dTTP,dCTP,dGTP ATP,UTP, CTP,GTP产物 完整的染色体分子 一个特异的

40、RNA分子 (子代DNA) (mRNA,rRNA,tRNA或sRNA)首发事件 起始蛋白识别 聚合酶识别并结合至 复制起始点 基因启动子复习：电镜下细胞核结构第四章第四章 细胞核细胞核 与染色体与染色体Nucleus & Chromosomes第一节第一节 核被膜核被膜第二节第二节 染色质和染色体染色质和染色体第三节第三节 细胞核的功能细胞核的功能第四节第四节 核仁核仁第五节第五节 细胞核与疾病细胞核与疾病核仁核仁 nucleole一、核仁具有独特的化学组成和形态结构二、核仁的功能是合成、加工rRNA和装配核糖体 核仁虽然与核内其他区域没有明显分隔，但是形态、化学组成和功能上确实不同于

41、核内其他部分。返回核仁核仁核仁的形态结构核仁的形态结构在电镜超薄切片中可以看到，核仁包括互相不完全分隔的3个部分： 1） 纤维中心纤维中心（fibrillar center） 呈浅染区，可呈浅染区，可有多个。有多个。 2） 纤维成分纤维成分（fibrilar component） 位于浅染位于浅染区周围，呈直径为区周围，呈直径为510nm 致密纤维。致密纤维。 3）颗粒成分颗粒成分（granular component） 呈致密颗呈致密颗粒，颗粒直径粒，颗粒直径1520nm，散布于核仁各处。散布于核仁各处。核仁核仁 3个部分个部分致密纤维成分致密纤维成分纤维中心纤维中心颗粒成分颗粒成分间期分裂

42、期的动态变化间期分裂期的动态变化在分裂期，整个核仁先是缩小继而消失。细胞分裂完毕后，在刚诞生的子代细胞中，先是有数个小核 仁形成，随即小核仁互相融合成一个或数个大核仁。？发生了什么？核核仁仁融融合合核核仁仁在在一一个个细细胞胞周周期期中中的的变变化化核仁解散核仁解散核仁聚合核仁聚合返回核仁的化学成分和功能核仁的化学成分和功能 核仁的化学组成虽然也是核酸和蛋白质，但是与染色质相比，蛋白质含量甚高，两种核酸的比例也与染色质不同。蛋白质 80 RNA 11DNA 8人类的rRNA基因位于5对不同的染色体上，它 们是13、14、15、21、22号染色体。就是说在二倍体细胞46条染色体上，有10条分布着

43、rRNA基因。在核仁这个特殊区域内，集结着这10条染色体的含rRNA基因的大袢环。在袢环上，rRNA基因以前后串联的方式成串排列。 每条袢环上的一串rRNA基因叫做一个“ 核仁组织者” （ nucleolar organizer ），简称为NOR。 “一串一串” ” rRNA基因？ 人类细胞中含有人类细胞中含有rRNArRNA基因基因的的1010条条染色体的襻环伸入核仁中示意图染色体的襻环伸入核仁中示意图（含（含200200个拷贝个拷贝rRNArRNA基因）基因）间期分裂期的动态变化间期分裂期的动态变化在分裂期，含rRNA基因的DNA襻环逐渐缩回至 相应染色体，纤维成分和颗粒成分均分散于核质

44、中，整个核仁先是缩小继而消失。细胞分裂完毕后，在刚诞生的子代细胞中，染色 体上含rRNA基因的区段重新松解和伸展，在这些 DNA襻环周围，以“核仁组织者”为中心，又组建 新的核仁。先是有数个小核仁形成，随即小核仁 互相融合成一个或数个大核仁。核仁的功能：核仁的功能：1. rRNA的合成的合成2. rRNA的加工的加工3. rRNA装配成核糖体亚基装配成核糖体亚基to核仁的化学成分和功能核仁的化学成分和功能人类共约200个rRNA基因拷贝, 重复存在，高速转录。各个拷贝之间由一段叫做间隔DNA（ADN despace）的非转录区隔开。由于rRNA基因的重复排列和高速转录，在电镜下观察分离的核仁，

45、可以看到在一段段染色质纤维上垂直伸出的许多转录产物以扇形排开，构成一个个圣诞树状的转录单位。 “一串一串” ” rRNA基因 ！蛙卵母细胞蛙卵母细胞rRNArRNA基因（基因（600600个拷贝）的转录个拷贝）的转录“一串一串” ” rRNA基因 ！间隔间隔DNADNArRNA转录单位转录单位 rRNA合成方向合成方向 rDNA丝丝前体前体rRNA由RNA聚合酶I 催化合成蛋白质颗粒蛋白质颗粒rDNA高效转录所形成的箭头样结构圣诞树状转录单位高效转录所形成的箭头样结构圣诞树状转录单位返回核仁的功能：核仁的功能：1. rRNA的合成的合成2. rRNA的加工的加工3. rRNA装配成核糖体亚基装

46、配成核糖体亚基to装配成核糖体小亚基装配成核糖体小亚基 装配成核糖体大亚基装配成核糖体大亚基45S rRNA前体前体45SrRNA前体加工前体加工1 1。两种化学修饰。两种化学修饰甲基化和假尿苷甲基化和假尿苷2 2。某些序列被切除。某些序列被切除形成三个独立的形成三个独立的 rRNArRNA分子分子（18S、5.8S、28S）S的含义核仁的功能：核仁的功能：1. rRNA的合成的合成2. rRNA的加工的加工3. rRNA装配成核糖体亚基装配成核糖体亚基to返回70多种蛋白质40多种蛋白质30多种蛋白质结合对功能的了解结合对功能的了解, , 重新认识核仁的形态结构重新认识核仁的形态结构: :

47、1） 纤维中心纤维中心（centre fibrillaire） 呈浅染区，呈浅染区，位于核仁中央部分。位于核仁中央部分。该部分含有从数条染色体该部分含有从数条染色体上伸出的上伸出的DNADNA袢环，上有核糖体袢环，上有核糖体RNARNA（rRNArRNA）基基因因。 2） 纤维成分纤维成分（composant fibrillaire dense） 位于浅染区周围，呈直径为位于浅染区周围，呈直径为510nm 致密纤维。致密纤维。该处含正在转录的该处含正在转录的rRNArRNA分子。分子。 3）颗粒成分颗粒成分（composant granulaire） 多位多位于核仁外周，呈致密的颗粒，颗粒直径

48、于核仁外周，呈致密的颗粒，颗粒直径1520nm。为已合成的核糖体前体颗粒，因此这为已合成的核糖体前体颗粒，因此这些颗粒比细胞质中的核糖体颗粒略小些。些颗粒比细胞质中的核糖体颗粒略小些。致密纤维成分致密纤维成分纤维中心纤维中心颗粒成分颗粒成分结合对功能的了解结合对功能的了解, , 重新认识核仁的形态结构重新认识核仁的形态结构: :Where are the Christmas trees in thenucleolar forest?Curr Opin Cell Biol. 2006 Jun;18(3):325-34Structure and function of the nucleolus

49、in the spotlight.核膜的主要功能核膜的主要功能1.核被膜分隔细胞核与细胞质2.核孔沟通细胞核与细胞质之间的物质双向交流 3.核纤层提供染色质和染色体的附着位点 本章重点本章重点 1 1染色体的染色体的化学组成化学组成(一一) DNA（双螺旋）双螺旋）(二二)染色体蛋白质染色体蛋白质染色质或染色体染色质或染色体1. 组蛋白组蛋白2. 非组蛋白非组蛋白本章重点本章重点 2 2真核细胞基因的组成真核细胞基因的组成外显子exon 是基因中用于编码的序列内含子intron是间隔在外显子之间的非编码序列 调控序列regulatory sequence 是可被基因调节蛋 白结合的序列本章重点

50、本章重点 3 3本章重点本章重点 4 4每条染色体上有三种序列是遗传物质复制每条染色体上有三种序列是遗传物质复制和分配所必需的：和分配所必需的： 多个复制起始点 replication origines 一个着丝粒 centromere 两个端粒 telomeres串珠状纤维串珠状纤维(核小体核小体)双螺旋双螺旋染色单体染色单体线形染色质到棒状染色体的包装构建线形染色质到棒状染色体的包装构建30纳米纤维纳米纤维袢环袢环间期染色体分裂期染色体本章重点本章重点 5 5本章重点本章重点 6 6DNA DNA 复制过程特征复制过程特征1.半保留复制2.复制从复制起始点开始3.复制叉、双向复制和复制泡4

51、.复制叉的不对称性：前导链、后随链和冈崎片段5.校读纠错机制6.整个染色体的复制（端粒酶与端粒复制）本章重点本章重点 7 7转录过程在RNA合成酶系作用下，以DNA的一条链上的一段序列为模板，按照碱基配对原则，以4种三磷酸核苷酸为原料，合成一个与模板序列互补的RNA分子。转录产物主要有mRNA、rRNA和tRNA。核仁的化学成分和功能核仁的化学成分和功能本章重点本章重点 8 8 一. 化学组成化学组成蛋白质 80 RNA 11DNA 8 二二. 功能功能1. rRNA的合成2. rRNA前体的加工3. 核糖体亚单位的装配三、核仁组织者的概念三、核仁组织者的概念 定义定义 每条襻环上的一串rRN

52、A基因叫做一个“ 核仁组织者” （nucleolar organizer），简称为NOR。 功能功能 细胞分裂完成后，以“核仁组织者”为中心组建新的核仁。In mammals, X chromosome dosage compensation occurs through the inactivation of one X chromosome in each female cell. Thus, each mammalian somatic cell, whether male or female, has only one functioning X chromosome. This phenomenon is called X chromosome inactivation. The chromatin of the inactive X chromosome is converted into heterochromatin chromatin that remains condensed throughout most of the cell cycle and replicates later than most of the other chromatin (the euchromatin) of the nucleus. The heterochro