Chapter 9细胞核与染色体.doc

Chapter 细胞核与染色体：一、核被膜与核孔1、细胞核结构：核被膜、核仁、核基质、染色质、核纤层。 功能：遗传、发育 调控2、 核被膜是双层膜结构：构成：外核膜：可以说是内质网的一部分，胞质面附有核糖体 核周隙：与内质网腔相通 内核膜：与核纤层紧密相连核膜的作用：在细胞进化的过程中出现新的区室核（1）分隔核、质，保护DNA分子不受损伤（2）分隔核、质，使基因的转录和翻译在时间和空间上得以分离3、核纤层：核纤层由核纤肽（lamin）构成。纤维网状结构。 三种蛋白：Lamin A、B、C作用：1结构支撑功能： 2调节基因表达 3.调节DNA修复 4.与细胞周期有关相关疾病：HGPS （早衰症）：与高水平表达有毒的 缩短的laminA有关4、核孔：核孔是物质运输的通道。核孔由至少50种不同的蛋白质（nucleoporin）构成，称为核孔复合体。越旺盛数目越多。fish-trap结构：5、 核孔的部分：胞质环（cytoplasmic ring），位于核孔复合体胞质一侧；核质环（nuclear ring），位于核孔复合体核质一侧；转运器（transporter），核孔中央的一个栓状的中央颗粒；辐（Spoke）：核孔边缘伸向核孔中央的突出物。6、核孔复合体的扩散：可以有被动扩散（小分子），也可以由主动运输（蛋白、RNA等）。7、通过核孔的蛋白的信号序列：核定位信号（nuclear localization signal，NLS）：引导蛋白质进入细胞核的一段信号序列。受体为importin。核输出信号（nuclear export signal, NES），引导核蛋白输出细胞核，受体为exportin。8、核输出过程蛋白与NLS受体，即imporin /二聚体结合；货物与受体的复合物与NPC胞质环上的纤维结合；纤维向核弯曲，转运器构象发生改变，形成亲水通道，货物通过； 货物受体复合体与Ran-GTP结合，复合体解散，释放出货物；与Ran-GTP结合的imporin ，输出细胞核，在细胞质中Ran结合的GTP水解，Ran-GDP返回细胞核重新转换为Ran-GTP；imporin 在核内exportin的帮助下运回细胞质。2、 染色质 chromatin1、 组成：DNA、组蛋白、非组蛋白、少量RNA2、 DNA： 三种序列： 单一序列；中度重复序列高度重复序列卫星DNA（染色体着丝粒），小卫星DNA（DNA指纹技术），微卫星DNA 三种构型A：更紧密。大小沟不同。脱氧核糖折叠是C3在内。生理状态下多发现于dsRNA、DNA-RNAB：最普遍，C2在内Z：只有小沟，左旋。C3在内。与基因表达调控有关 三种基本元素ARS自主复制序列、CEN着丝粒序列、TEL端粒序列DNA指纹技术：人体内存在一类含有高度重复序列的“小卫星DNA”，具有高度多态性。如果把重复序列作为分子探针，与不同个体的基因组DNA的限制性酶切片断进行分子杂交，就会呈现出各自特有的杂交图谱，它们与人的指纹一样，具有专一性和特征性，因人而异，因此被称作“DNA指纹”(DNA fingerprint)。3、 组蛋白：Arg Lys碱性蛋白组成：1）核心组蛋白：H2A、H2B、H3、H4 。2）连接组蛋白H1 组蛋白结构高度保守，尤其是H4。4、 核心组蛋白由为组蛋白转译后进行修饰的部位。组蛋白修饰作用：1） 改变染色质结构，直接影响基因转录；2） 核小体表面发生改变，易于调控蛋白与染色质接触。5、 非组蛋白与组蛋白组蛋白是碱性蛋白质，带正电荷，可与DNA链上带负电荷的磷酸基相结合，从而遮蔽了DNA分子，妨碍了转录，可能扮演了非特异性阻遏蛋白的作用；染色质中的非组蛋白成分具有组织细胞特异性，可能消除组蛋白的阻遏，起到特异性的去阻遏促转录作用。非组蛋白整个细胞周期都进行合成，组蛋白只在S期合成非组蛋白功能：帮助DNA折叠；协助DNA复制；调节基因表达。6、 核小体（nucleosome）：一种串珠状结构，由核心颗粒和连结线DNA两部分组成，每个核小体单位包括约200bp的DNA、一个组蛋白核心和一个H1；7、 间期染色质分为常染色质和异染色质：常染色质与异染色质的比较 常染色质 异染色质 螺旋化程度 小，呈分散状态 大，呈凝集状态折光性 弱 强染色 不易染上染料，染色浅 易染上染料，染色深分布位置 多在核中央 多在核内膜边缘转录活性 活跃 低转录活性 三真核生物基因表达调控的特点1） 转录前调控： DNA水平的调控。是真核生物发育调控的一种形式,它包括：基因丢失、扩增、重排、甲基化等方式。基因丢失：如马蛔虫，只有在生殖细胞核中保持个体发育的全部基因，而体细胞核中却失去了一部分基因异染色质化剂量补偿（dosage conpensation） 雌性哺乳动物X染色体的失活莱昂假说（Lyon hypothesis）（！）巴尔小体是一个失活的X染色体，失活的过程就称为莱昂化（lyonization）；在哺乳动物中，雌性个体细胞中的两个X染色体中有一个X染色体在受精后的第16天失活；两条X染色体中哪一条失活是随机的；X染色体失活后，细胞继续分裂形成的克隆中，此条染色体都是失活的；生殖细胞形成时失活的X染色体可得到恢复。如Calico猫：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基因。黑斑或黄斑分别来源于这两种细胞。基因扩增基因重排甲基化：DNA甲基化是指在DNA甲基化转移酶的作用下，以S-腺苷甲硫氨酸(SAM)为甲基供体，在基因组CpG二核苷酸的胞嘧啶5碳位共价键结合一个甲基基团在脊椎动物中,CpG二核苷酸是DNA 甲基化发生的主要位点。CpG岛常位于转录调控区附近，且在正常生理情况下，CpG岛是非甲基化的。甲基化一般会使基因失活即基因沉默，去甲基化又可以使基因重新恢复活性 体内甲基化状态有三种:持续的低甲基化状态,如持家基因;诱导的去甲基化状态,如发育阶段中的一些基因;高度甲基化状态,如女性的一条缢缩的X 染色体。2） 转录水平的调控顺式（Cis-acting element)作用元件：影响自身基因表达活性的非编码DNA序列。例： 启动子、增强子、沉默子等反式(trans-)作用因子(DNA结合蛋白)：能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件核心序列上，参与调控靶基因转录效率的蛋白质DNA结合蛋白代表螺旋-转折-螺旋（Helix-turn-helix，H-T-H）锌指结构（zinc finger）碱性-亮氨酸拉链（basic-leucine zipper）碱性-螺旋-环-螺旋(bHLH)四、染色体由两条相同的姐妹染色单体（chromatid）构成，彼此以着丝粒 （centromere）相连根据着丝粒在染色体上所处的位置，分为4 种类型：着丝粒与动粒（上图右)动粒结构域（kinetochore domain） 内板（inner plate）中间间隙 （middle space）外板 （outer plate）纤维冠（fibrouscorona）中央结构域（central domain）配对结构域（pairing domain）染色体功能区域:DNA 复制起点:自主复制序列ARS着丝粒：着丝粒DNA序列端粒：端粒DNA序列端粒是由高度重复的短序列组成，高度保守。作用：维持染色体的稳定性。起细胞分裂计时器的作用。端粒核苷酸复制和基因DNA不同，每复制一次减少50100bp，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。发现端粒和端粒酶保护染色体的机理(2009 Nobel Prize) 四膜虫：发现端粒的重要模式生物端粒酶（Telomerase），在细胞中负责端粒的延长的一种酶，是基本的核蛋白逆转录酶，可将端粒DNA加至真核细胞染色体末端。五、核仁真核细胞间期核中最显著的结构。为非膜性结构。化学组成：主要为蛋白质（80%）、RNA（1011%）、DNA （8%）和少量脂类 。 蛋白质主要是核糖体蛋白质、rRNA聚合酶；RNA主要为rRNA；DNA中主要是rRNA基因（又称rDNA ）。核仁功能：核糖体合成基因沉默、细胞周期、蛋白降解、凋亡与肿瘤发生（斜体为新功能）核仁组织区（nucleolar orgnizing regions NORs）构成核仁，位于染色体的次缢痕区，核糖体RNA基因（5SrRNA基因除外）所在的区域。6、 核基质(Nuclear Matrix)/核骨架(Nucleoskeleton)核基质，即核骨架，是细胞核中除去核膜、核孔复合体、核纤层、染色质和核仁之外的一个由纤维蛋白组成的网架结构体系。这一结构体系与DNA复制、基因表达和染色体包装与构建及维持细胞核形态结构等有密切关系。组成：非组蛋白性纤维蛋白，包括肌动蛋白和波形蛋白(Vimentin)，后者构成核骨架的外罩。核骨架碎片中还存在三种支架蛋白（s