医学细胞生物学第八章细胞核和染色体 ppt课件

细胞核 CellNucleus Function 细胞核 细胞核概述核被膜染色质与染色体核仁与核糖体的发生核骨架细胞核与疾病 细胞核概述 细胞核是真核生物储存遗传物质的场所 具有许多重要的功能 DNA的储存 复制 转录及转录调控 细胞核概述 细胞核在不同物种间 在同一个体的不同组织间具有异形性 即在形态 数目 大小的差异性 形态多样 数量不等 NP Vn Vc Vn 间期细胞核结构 细胞核随细胞增殖过程呈现周期性变化 间期细胞核最为完整 包括核被膜 DNA纤维 染色质 核仁 核基质 核骨架 等部分 核膜为双层单位膜结构 将遗传物质和胞质成份分隔开 DNA纤维展开存在时称为染色质 而形成致密结构时称为染色体 核仁是rRNA转录和核糖体亚基组装的场所 核基质为细胞核提供网络状的骨架 细胞核是原核生物和真核生物的重大区别 拟核 细胞核 细胞核概述核被膜染色质与染色体核仁与核糖体的发生核骨架细胞核与疾病 核被膜 NuclearMembrane 核膜的化学组成 结构及功能核孔复合体及其功能核纤层的结构及其功能 核膜的化学组成 核被膜是间期细胞核与细胞质间的界膜 使细胞核成为一个相对独立的体系 核膜的化学成分 蛋白质和脂类核膜的化学成分与粗面内质网极为相似 核膜的结构 核被膜是由两层平行但不连续的非对称性单位膜构成的 包括外核膜 内核膜 核周间隙 核孔复合体以及核纤层等结构 外核膜 outernuclearmembrane 面向细胞质 与粗面内质网膜连续 使核周腔与内质网腔相通表面结合核糖体 是粗面内质网的特化区域外核膜的胞质面常附着有细胞骨架成分 IF和MT 与细胞核的形态和细胞内的定位有关 核膜的结构 外核膜与细胞质骨架的联合作用 面向核质 表面光滑 无核糖体附着 内侧衬以核纤层蛋白形成的骨架网络体系 内外核膜在局部区域融合形成核孔 内核膜 innernuclearmembrane 核膜的结构 核周间隙 perinuclearspace 核膜的结构 内外核膜之间的部分与粗面内质网腔相连续核质间的缓冲区 内外核膜融合形成的小孔核孔数量与细胞活力成正相关核孔并非单纯的小孔 而是由蛋白质构成的复杂结构 称为核孔复合体 核孔 nuclearpore 核膜的结构 核膜的功能 区域化作用 1 核膜作为核与质的界膜 使细胞的遗传物质有了一个相对稳定的内环境 保证了DNA复制 转录的精确性与高效性 2 真核细胞核膜的出现将RNA转录和蛋白质翻译在时间和空间上分隔开 即细胞核内转录的RNA前体必须进行加工修饰成熟后 才能输出到细胞质中指导蛋白质的合成 这一机制使基因表达更具可调控性 核膜的功能 区域化作用 1 核膜作为核与质的界膜 使细胞的遗传物质有了一个相对稳定的内环境 保证了DNA复制 转录的精确性与高效性 2 真核细胞核膜的出现将RNA转录和蛋白质翻译在时间和空间上分隔开 即细胞核内转录的RNA前体必须进行加工修饰成熟后 才能输出到细胞质中指导蛋白质的合成 这一机制使基因表达更具可调控性 核 质间物质交换 大分子物质的出核转运与入核转运 核膜的功能 核膜的化学组成 结构及功能核孔复合体及其功能核纤层的结构及其功能 核被膜 NuclearMembrane 核孔复合体 NuclearPoreComplex 的结构 核孔复合体及其功能 核孔是内外核膜局部融合形成 是沟通核 质的通道核孔具有复杂的结构 由一组蛋白颗粒按特定的方向排列形成八面对称的复合体 称为核孔复合体 NuclearPoreComplex 核孔复合体 NuclearPoreComplex 的结构 核孔复合体及其功能 核孔复合体的捕鱼笼式结构模型 由胞质环 核质环 核篮 辐 中央栓及若干短纤维组成 核孔复合体的核质面和胞质面结构是不对称的 说明其功能也具不对称性 表现为核孔双向运输能力的差异 核孔复合体 NuclearPoreComplex 的结构 核孔复合体及其功能 电镜下的核孔复合体 核孔复合体 NuclearPoreComplex 的结构 核孔复合体及其功能 核孔复合体的功能 介导核质间物质交换 核孔复合体及其功能 NPC是核质间物质交换的双向 选择性 亲水通道 可通过主动运输或被动运输来实现物质转运 1 无机离子和小分子物质 直径 10nm 可通过被动运输自由转运 2 生物大分子物质 蛋白质 RNA等 可以通过主动运输进行转运 E E 核孔复合体的功能 介导核质间物质交换 核孔复合体及其功能 1 核输入 亲核蛋白入核机制 核定位信号 NLS NPC介导的主动运输是一个信号识别与载体介导的耗能过程 具有饱和性 亲核蛋白是一类在细胞质中合成后 需要或能够进入细胞核中发挥作用的蛋白质 其氨基酸序列中具备核定位信号 NLS 能引导蛋白质通过NPC进入核内 核孔复合体的功能 介导核质间物质交换 核孔复合体及其功能 1 核输出 蛋白质及mRNA的出核机制 核输出信号 NES NPC介导的主动运输是一个信号识别与载体介导的耗能过程 具有饱和性 NES介导蛋白质出核运输 mRNA的5 帽子结构与核输出 核膜的化学组成 结构及功能核孔复合体及其功能核纤层的结构及其功能 核被膜 NuclearMembrane 核纤层是紧贴内核膜内侧的纤维状网络结构 与中间纤维及核骨架相连 并为染色质提供结合位点 核纤层 Nuclearlamina 的结构 核纤层的结构与功能 核纤层由A C两种亚基装配而成并通过B亚基与内核膜相连 核纤层在细胞分裂时呈现周期性变化 核纤层 Nuclearlamina 的功能 核纤层的结构与功能 核纤层在细胞核中起支架作用1 维持核的形态 2 与中间纤维及核骨架形成网络 核纤层 Nuclearlamina 的功能 核纤层的结构与功能 核纤层参与DNA复制及转录调控 核纤层与核膜重建及染色体凝集关系密切 参与核膜重建 核纤层蛋白通过磷酸化和去磷酸化的作用 在细胞周期中对核膜的崩解和重建起调控作用 核纤层为染色质提供锚定位点 与染色体凝集有关 核被膜小结 核膜的化学组成 蛋白质和脂类 与rER相似 包括内外核膜 核孔 核周隙 核纤层等结构 核膜的功能 NPC的捕鱼笼结构模型 胞质环 核质环 核篮 中央栓 辐等 具不对称性 核纤层随细胞分裂作周期性变化 具支架作用 参与核膜重建 染色体锚定 区域化效应 稳定细胞核 转录翻译在时空上的分隔 核 质物质交换 NPC 以主动或被动运输方式介导核质间运输亲核蛋白借助核定位信号完成入核 细胞核 细胞核概述核被膜染色质 chromatin 与染色体 chromosome 核仁与核糖体的发生核骨架细胞核与疾病 染色质与染色体 染色质 染色体的化学组成常染色质与异染色质染色质如何组装成染色体中期染色体形态结构核型与染色体带型 染色质是间期细胞遗传物质的存在形式 呈细丝状 弥散分布于细胞核内 染色体是细胞分裂过程中 染色质复制后凝聚成的条状 棒状结构 染色体和染色质是细胞周期不同时相中遗传物质的不同存在形式 染色体和染色质具有相同的化学组成 DNA 组蛋白 非组蛋白及少量的RNA 染色质 染色体的化学组成 染色质和染色体 DNA成分 染色质 染色体的化学组成 真核基因 线性DNA分子 染色质 染色体真核细胞每条染色体均含两条线性DNA分子 姐妹染色单体 真核细胞内所有染色体集合称为染色体组 2n 间期 分裂期 基因 能产生一条多肽链或功能RNA所必需的全部DNA序列 启动子 exon 转录起始点 intron exon intron 终止子 增强子 DNA成分 染色质 染色体的化学组成 基因组 genome 指细胞内单倍染色体 n 所含的遗传信息 包括基因及基因间的DNA序列 人类基因组约有30亿个碱基对 却只有2 5万个基因 基因组大小 染色体数量与生物体复杂性无相关性 染色质DNA的三个功能序列 染色质DNA 一条线性DNA分子 的三个必须功能序列 1 端粒序列存在于染色体的末端在复制过程中维持DNA分子末端的完整性保持染色体的稳定 DNA成分 染色质 染色体的化学组成 DNA成分 染色质 染色体的化学组成 染色质DNA的三个功能序列 染色质DNA 一条线性DNA分子 的三个必须功能序列 2 着丝点序列姐妹染色单体的连接部位在细胞分裂中期通过动粒与纺锤丝相连 使复制后的染色体平均分配到两个子细胞中 DNA成分 染色质 染色体的化学组成 染色质DNA的三个功能序列 染色质DNA 一条线性DNA分子 的三个必须功能序列 3 复制源序列是DNA复制的起点一条线性DNA具有多个复制源序列 多个复制源同时进行DNA复制 形成多个复制叉 DNA成分 染色质 染色体的化学组成 1 DNA复制起始点 ori 2 着丝粒 centromere cen 3 两个端粒 telomeres tel 酵母人工染色体 染色质DNA 一条线性DNA分子 的三个必须功能序列 组蛋白 5种主要类型的组蛋白 类型Lys Arg aa数 个分子量 Da保守性种属 组织特异性 H129121523000低有H2A11912914000H2B16612513800H3101313515300H4111410211200 是真核生物染色体的基本结构蛋白 是一类碱性蛋白 带正电荷 能与DNA中带负电荷的磷酸基团相互结合 参与线性DNA纤维的包装 组蛋白的修饰 乙酰化或甲基化 可调控基因的表达 高 极高 染色质 染色体的化学组成 无 染色体的非组蛋白支架 非组蛋白 指与染色质DNA结合的除组蛋白以外的蛋白质成分 其作用包括 1 参与维持染色体的结构2 为DNA折叠及复制提供支架3 参与基因的表达和调控 染色质 染色体的化学组成 高迁移率组 HMG 非组蛋白 1 含量最为丰富的非组蛋白2 动态 可逆地结合于染色质的活性基因部位 参与调节基因的转录及表达 染色质 染色体的化学组成常染色质与异染色质染色质如何组装成染色体中期染色体形态结构核型与染色体带型 染色质与染色体 常染色质 常染色质 间期细胞核内染色较浅 螺旋化程度较低 处于伸展状态的染色质细丝 具有活跃的转录活性 多位于核中央 均匀分布 常染色质与异染色质 间期细胞染色质按形态特征及功能状态分为两类 异染色质 间期细胞核内染色深 呈凝缩状态 无转录活性的染色质 多位于核周近核膜处 结构致密 常染色质 E 和异染色质 H 的电镜照片 Nu为核仁 兼性异染色质 指在某些细胞类型 或特定发育阶段中 原有的常染色质发生凝聚并丧失转录活性后转变为异染色质 如女性的巴氏小体 淋巴细胞的异染色质 在特定条件下兼性异染色质可转变回常染色质 结构异染色质 指在所有细胞类型和各个发育阶段 都处于凝集状态的异染色质 如着丝粒 端粒等 常染色质与异染色质 异染色质的分类 结构异染色质 指在所有细胞类型和各个发育阶段 都处于凝集状态的异染色质 如着丝粒 端粒等 常染色质与异染色质 异染色质的分类 兼性异染色质 指在某些细胞类型 或特定发育阶段中 原有的常染色质发生凝聚并丧失转录活性后转变为异染色质 如女性的巴氏小体 淋巴细胞的异染色质 在特定条件下兼性异染色质可转变回常染色质 核内染色质的区域化定位 染色质 染色体的化学组成常染色质与异染色质染色质如何组装成染色体中期染色体形态结构核型与染色体带型 染色质与染色体 染色质组装成染色体 细胞内线性DNA分子需经多级压缩才能蜗居于细胞核中 染色质组装成染色体 细胞内线性DNA分子需经多级压缩才能蜗居于细胞核中 电镜下的染色质 染色质组装成染色体 染色质包装 一级 二级结构 二级结构 生理 一级结构 低盐 染色质包装的一级结构 核小体 核小体结构示意图 核小体 nucleosome 是染色质包装的一级结构 是染色体的基本结构单位 由约200bp的DNA及组蛋白八聚体构成 电镜下形成串珠状 核小体的形成使DNA纤维压缩了约7倍 组蛋白H1稳定核小体 染色质组装成染色体 染色质包装的二级结构 螺线管 电镜下的染色质 二级结构 一级结构 螺线管 solenoid 是染色质包装的二级结构 是在组蛋白H1的协助下 核小体串珠进一步盘旋而成的中空结构 螺线管的形成使核小体串珠结构压缩了约6倍 染色质组装成染色体 染色质包装的二级结构 螺线管 染色体的包装 一级结构 核小体 二级结构 螺线管 染色体 染色质 分裂间期 染色体 分裂期 染色质组装成染色体 染色体的包装 多级螺旋化模型 染色质组装成染色体 染色体骨架 放射环结构模型 DNA 核小体 螺线管 伸展的袢环 浓缩的袢环 染色体 染色质 染色体的化学组成常染色质与异染色质染色质如何组装成染色体中期染色体形态结构核型与染色体带型 染色质与染色体 中期染色体的结构 中期染色体的形态结构 染色单体主缢痕 着丝粒与动粒次缢痕与核仁组织者随体和端粒 中期染色体的形态结构 着丝粒及相关结构 中期染色体两条姐妹染色单体的连接处 有一向内凹陷的缢痕 称为主缢痕 主缢痕的染色质部分 称为着丝粒 序列 由高度重复的异染色质构成 是染色质的必须功能序列之一 基于着丝粒位置的染色体分类 各类型染色体示意图 中期染色体的形态结构 着丝粒及相关结构 主缢痕两侧的圆盘状结构称为动粒 由蛋白质构成 是细胞分裂时纺锤丝的附着位点 参与染色体的定位和移动 中期染色体的形态结构 次缢痕及相关结构 次缢痕是染色体上除主缢痕以外的缢缩部位 次缢痕部位的染色体为rDNA序列 能编码rRNA 参与核仁的组装 因此称为核仁组织区 NOR 而rDNA则称为核仁组织者 随体是位于染色体末端的球状或棒状结构 通过次缢痕与染色体主体相连 端粒是染色体两端的特化结构端粒的生物学功能 维持染色体的稳定性 维持染色体的完整性 参与染色体在核内的空间排布及同源染色体的正确配对 原位杂交实验显示人染色体末端的端粒 中期染色体的形态结构 端粒及其功能 中期染色体的形态结构 特殊类型的染色体 多线染色体 存在于双翅目昆虫幼虫细胞中复制后的染色单体并不分开 而是平行排列 经多个细胞周期后 形成多线染色体 光镜下呈现深浅交替的带与间带 局部出现膨松区 为基因活跃转录区 果蝇的多线染色体 箭头所指膨松区域为RNA活跃转录区 多线染色体中的转录区在不同时相的变化 中期染色体的形态结构 特殊类型的染色体 灯刷染色体 多存在于鱼类 两栖类动物的卵母细胞中 出现于第一次减数分裂的双线期 染色体轴两侧有侧环 形如灯刷为RNA活跃转录区 染色质 染色体的化学组成常染色质与异染色质染色质如何组装成染色体中期染色体形态结构核型与染色体带型 染色质与染色体 动物细胞的染色体组 核型 染色体组型 核型与染色体带型 一种生物细胞中含有的所有染色体的集合称为染色体组 用特殊的染色方法使染色体产生明 暗相间的带型 这一技术称为染色体显带技术 在测量计算和显带的基础上对染色体组进行分组 排队 配对等分析 得到该染色体组中所有染色体在形态 大小 数目等特征的总和称为染色体组型 又称核型核型分析 染色体G显带技术 核型 染色体组型 核型与染色体带型 一种生物细胞中含有的所有染色体的集合称为染色体组 用特殊的染色方法使染色体产生明 暗相间的带型 这一技术称为染色体显带技术 在测量计算和显带的基础上对染色体组进行分组 排队 配对等分析 得到该染色体组中所有染色体在形态 大小 数目等特征的总和称为染色体组型 又称核型核型分析 G显带染色体组型 核型与染色体带型 核型 染色体组型 一种生物细胞中含有的所有染色体的集合称为染色体组 用特殊的染色方法使染色体产生明 暗相间的带型 这一技术称为染色体显带技术 在测量计算和显带的基础上对染色体组进行分组 排队 配对等分析 得到该染色体组中所有染色体在形态 大小 数目等特征的总和称为染色体组型 又称核型核型分析 借助计算机软件进行核型分析 人类染色体核型 女性 核型与染色体带型 核型 染色体组型 一种生物细胞中含有的所有染色体的集合称为染色体组 用特殊的染色方法使染色体产生明 暗相间的带型 这一技术称为染色体显带技术 在测量计算和显带的基础上对染色体组进行分组 排队 配对等分析 得到该染色体组中所有染色体在形态 大小 数目等特征的总和称为染色体组型 又称核型核型分析 人类染色体核型 男性 核型与染色体带型 核型 染色体组型 一种生物细胞中含有的所有染色体的集合称为染色体组 用特殊的染色方法使染色体产生明 暗相间的带型 这一技术称为染色体显带技术 在测量计算和显带的基础上对染色体组进行分组 排队 配对等分析 得到该染色体组中所有染色体在形态 大小 数目等特征的总和称为染色体组型 又称核型核型分析 染色质与染色体小结 染色质 染色体的化学组成 DNA 三个必须功能序列 组蛋白 核小体组蛋白 H1组蛋白 非组蛋白常染色质与异染色质 1 二者的差异 凝集程度 位置 功能 2 异染色质的分类 结构异染色质 兼性异染色质 染色质组装为染色体 1 染色质的包装 一级结构核小体 二级结构螺线管 2 染色体的包装 多级螺旋化模型及骨架 放射环模型 中期染色体的形态 主缢痕 着丝粒 动粒 次缢痕 核仁组织者 随体 端粒 特殊染色体 多线 灯刷染色体 核型与染色体带型 细胞核 细胞核概述核被膜染色质与染色体核仁与核糖体的发生核骨架细胞核与疾病 核仁为间期细胞核内形成的无膜包被的海绵状球体 1 2个或多个 核仁常趋向核的边缘 称为 趋边效应 核仁大小与细胞代谢活跃程度呈正相关 干细胞 肿瘤细胞 特化细胞如精子 肌细胞 神经细胞 核仁的化学组成为RNA和蛋白质 RNP 及少量的DNA等 核仁与核糖体的发生 核仁的形态结构和化学组成 核仁的形态结构和化学组成 电镜下核仁包括 纤维中心和致密纤维组分 颗粒组分 纤维中心是包埋于颗粒组分内部的低电子密度的圆形结构 是rDNA的存在部位 rDNA以袢环的形式伸出染色质 并大量转录形成rRNA 组织形成核仁 因此 每个rDNA袢环就称为一个核仁组织者 位于染色体次缢痕区域 人类rDNA位于5条染色体 13 14 15 21 22 上 因此体细胞就有10个rDNA构成纤维中心 参与核仁的形成 核仁与核糖体的发生 纤维中心 fc 致密纤维组分 dfc 颗粒组分 gc 核仁的形态结构和化学组成 电镜下核仁包括 纤维中心和致密纤维组分 颗粒组分 致密纤维组分电子密度按最高 围绕浅染的纤维中心呈环形或半月形 含有不同转录阶段的rRNA分子 颗粒组分位于核仁的外周 由正在加工的核糖体亚单位构成 核仁与核糖体的发生 纤维中心 fc 致密纤维组分 dfc 颗粒组分 gc 核仁的功能 核糖体亚基的加工 rRNA的转录和加工 核仁与核糖体的发生 核糖体的组装 核仁与核糖体的发生 核仁的功能 核糖体亚基的加工 核仁周期 在进行有丝分裂的细胞中 核仁出现一系列结构和功能的周期性变化 称为核仁周期 核仁的周期性变化 1 前期 rDNA开始收回到染色体中 核仁分散成许多小核仁 染色质凝集形成染色体 rRNA合成停止 2 中期和后期 rDNA完全收进染色体中 核仁消失 3 末期 rRNA重新开始合成 形成多个小核仁 并进一步汇合成一个大核仁 核仁与核糖体的发生 核仁分散 核仁聚合 细胞核 细胞核概述核被膜染色质与染色体核仁与核糖体的发生核骨架细胞核与疾病 核骨架 是指核内一个由非组蛋白为主构成的网架结构体系 对细胞核及染色质起支持作用 也称核基质 从狭义上讲是指核内的纤维蛋白网络 从广义上讲核骨架还包括核纤层 核孔复合体 并与中间纤维相连 核骨架主要由非组蛋白构成在细胞分裂间期充满整个核质空间 在细胞分裂期则压缩为染色体骨架 核骨架 核基质 核骨架的概念 经核酸酶消化及盐抽提后 核骨架和DNA纤维相互分离 核骨架 核骨架的概念 核骨架 是指核内一个由非组蛋白为主构成的网架结构体系 对细胞核及染色质起支持作用 也称核基质 从狭义上讲是指核内的纤维蛋白网络 从广义上讲核骨架还包括核纤层 核孔复合体 并与中间纤维相连 核骨架主要由非组蛋白构成在细胞分裂间期充满整个核质空间 在细胞分裂期则压缩为染色体骨架 核质 胞质 核基质 核纤层 核骨架 核纤层 细胞质骨架的联合作用 核骨架 核骨架的概念 核骨架 是指核内一个由非组蛋白为主构成的网架结构体系 对细胞核及染色质起支持作用 也称核基质 从狭义上讲是指核内的纤维蛋白网络 从广义上讲核骨架还包括核纤层 核孔复合体 并与中间纤维相连 核骨架主要由非组蛋白构成在细胞分裂间期充满整个核质空间 在细胞分裂期则压缩为染色体骨架 核骨架的功能 核骨架 核骨架参与DNA的复制是DNA的高效精确复制的结构支架DNA复制必需的酶 DNA聚合酶及拓扑异构酶 与核骨架上特定的位点结合而被激活 DNA附着于核骨架上与此类酶形成复合体 启动复制 核骨架的功能 核骨架 核骨架与基因转录某些关键的转录因子与核骨架结合 基因只有结合在核骨架上才能高效转录 细胞内三种RNA都在核骨架上合成 其后的成熟过程可能也发生在核骨架 核骨架的功能 核骨架 核骨架参与染色体和核膜的构建核骨架为核内染色质DNA的空间构型起维系和支架作用可能作为染色体支架参与形成染色体 细胞核 细胞核概述核被膜染色质与染色体核仁与核糖体的发生核骨架细胞核与疾病 细胞核与疾病 细胞核形态异常与肿瘤 肿瘤细胞通常具有较高的核质比细胞核外形不规则核仁体积增大 数目增加染色质纤维变粗 染色变深核孔数目显著增加 1 21三体综合症2 睾丸退化症 Klinefelterssyndrome 核型一般为47XXY 少数为48XXXY3 卵巢退化症 Turnerssyndrome 核型一般为45XO 此外还有XO XX嵌合体4 慢性粒细胞白血病 CML 费城染色体 由22号染色体的长臂与9号染色体长臂之间的部分区段发生易位形成5 视网膜母细胞瘤13号染色体长臂的中间缺失 常见人类染色体疾病 细胞核与疾病 染色体异常与疾病 染色体数目 结构变化引起的遗传病 21三体综合征 Downssyndrome 18三体综合征 EdwardsSyndrome 耳廓低位 距离过远 鼻子宽大 下颚小 摇椅底足 指2 3 4 5交叠握拳 13三体综合征 Trisomy13 Patausyndrome 多指畸形 距离过远 鼻宽扁唇颚裂低耳廓 卵巢退化综合征 Turnerssyndrome 核型一般为45XO 此外还有XO XX嵌合体 Symptoms Low setears webbedneck broadchest non workingovaries hypothyroidism diabetes visionproblems neuro cognitivedeficiency