细胞与遗传基础-5、6

高职高专系列教材配套电子教案,课程名称,高等教育出版社,高等教育电子音像出版社,主编 ,（版）,高职高专系列配套电子教案 目录,绪论,第一章 .,第二章 .,第三章 .,第四章 .,第五章 .,第六章 .,第七章 .,第八章 .,第九章 .,第十章 .,第五章 细胞核与染色质,第一节 核被膜,第二节 核仁,第三节 染色体,细胞核内主要由核被膜、染色体、核仁及核骨架组成。细胞核是遗传信息的贮存场所，在这里进行基因复制，转录和转录初产物的加工过程，从而控制着细胞的遗传与代谢活动。,第一节 核被膜,核被膜（nuclear envelope）又称核膜，是细胞内膜系统的一部分，是细胞区域化的产物，它将核物质围于一个相对稳定的环境，成为相对独立的系统。在电镜下，可以看到核膜的组成为双层核膜（外核膜、内核膜）、核孔复合体、核周间隙、核孔和核纤层。 内、外层核膜在核孔的位置互相融合，两层核膜之间的腔隙称为核周间隙 。如下图所示：,一、核膜与核周间隙,第五章 细胞核与染色质,第一节 核被膜,一、核膜与核周间隙,第五章 细胞核与染色质,第一节 核被膜,二、核孔与核孔复合体,核被膜上存在的一个个孔洞，称为核孔（nuclear pore）,它是由内外核膜融合产生的圆环状结构。核孔复合体的主要功能是介导细胞核与细胞质之间的物资运输。如下图所示：,第五章 细胞核与染色质,第一节 核被膜,二、核孔与核孔复合体,第五章 细胞核与染色质,第一节 核被膜,三、核纤层,核纤层（nuclear lamina）是附着于内膜核下的纤维状蛋白网，它的主要化学成分是核纤层蛋白，在哺乳动物和鸟类细胞中，属于中间纤维蛋白，即核纤层蛋白A、B、C，分子质量为6075kD。核纤层为核被膜提供支架，在维持核孔位置和核被膜形状上起到重要作用。,第五章 细胞核与染色质,第一节 核被膜,四、核膜的功能,第五章 细胞核与染色质,核被膜的功能一方面体现为细胞核与细胞质的界膜，稳定细胞核的形态和成分；另一方面,控制细胞核与细胞质之间的物质交换；此外，在生命物质合成和细胞分裂中，核膜也有一定作用。,功能：（一）区域化作用 （二）控制细胞核与细胞质的物质交换 （三）合成生物大分子,第一节 核被膜,四、核膜的功能,核质蛋白有选择地通过核孔复合体的实验,第五章 细胞核与染色质,第二节 核仁,一、核仁的化学成分,核仁的主要化学成分是RNA、DNA、蛋白质和酶类等。核仁蛋白质占其干重的80%左右，包括核糖体蛋白、组蛋白、非组蛋白等多种蛋白质，另外，核仁中存在许多参与核仁生理功能的酶类，如碱性磷酸酶，核苷酸酶、ATP酶、RNA聚合酶、RNA酶、DNA酶和DNA聚合酶。核仁中RNA约占核仁干重的10%，变动范围在3%13%之间。RNA转录及蛋白质合成旺盛的细胞，RNA的含量高一些。核仁中的DNA与蛋白质常结合成核糖核蛋白，蛋白质与RNA之间的比例一般为11.5:1。核仁中DNA的含量约占8%，也含有微量脂类。,第五章 细胞核与染色质,第二节 核仁,二、核仁的超微结构,在电镜下，核仁的超微结构与胞质中大多数细胞器不同，核仁是裸露无膜的。由纤维丝构成的网状结构，可以分为三个不完全分隔的区域，纤维中心、致密纤维组分和颗粒组分。,第五章 细胞核与染色质,第二节 核仁,三、核仁的功能,（一）核仁是细胞核中rDNA合成的活动中心（二）核仁是装配核糖体的场所,第五章 细胞核与染色质,第二节 核仁,四、核基质,（一）核基质的结构与组成成分（二）核基质的功能（二）核基质与细胞癌变,第五章 细胞核与染色质,第三节 染色体,一、染色质与染色体的概念,（一）定义 染色质存在于间期细胞核，呈分散、伸展的细丝网状结构，形态不规则。在细胞进入有丝分裂期后，染色质高度螺旋化、折叠、盘曲形成特殊的短棒状结构即为染色体。（二）分类根据间期核内染色质的形态差异，可将染色质分为常染色质（euchromatin）和异染色质（heterochromatin）两种。,第五章 细胞核与染色质,第三节 染色体,二、染色体的化学成分,染色体的化学成分主要是DNA组蛋白、非组蛋白和RNA等。其中组蛋白（碱性蛋白）和DNA的含量比较稳定，两者的比例接近1:1。而RNA和非组蛋白的含量又随细胞生理状态的不同而改变，RNA的含量很少。,表5-3染色体的化学组成,第五章 细胞核与染色质,第三节 染色体,三、染色质的基本结构单位核小体,核小体（nucleosomt）是染色质的基本结构单位，核小体相互串联而形成染色质，核小本进一步压缩后形成更高级的结构。每个核小体单位包括一个组蛋白八聚体（组蛋白核心，core）和200bp左右的DNA超螺旋以及一个分子的组蛋白H1。构成核小体核心结构的组蛋白八聚体，相对分子量是100103，由四个二聚体构成，即H2A、H2B、H3、H4各2分子聚合成皮球形结构，DNA分子在八聚外表面缠绕1.75圈（146bp），即形成核小体。,第五章 细胞核与染色质,第三节 染色体,三、染色质的基本结构单位核小体,第五章 细胞核与染色质,第三节 染色体,四、染色体的形态结构,（一）染色体的一般形态结构1染色单位（chromatid）在细胞有丝分裂中期，每个染色体都由两条姐妹染色单体组成，每一条单体是一条DNA双链经过盘曲折叠形成，它们在着丝粒处相连。在细胞分裂后期，分别由纺缍丝牵引移向细胞两极，形成新的细胞。 2着丝粒（centromere）与主缢痕（primary constriction）,第五章 细胞核与染色质,第三节 染色体,四、染色体的形态结构,（一）染色体的一般形态结构3次缢痕（secondary constriction）和随体（satellite）4核仁组织区（nucleotar organizing region, NOR）5端粒（telomere）,第五章 细胞核与染色质,第三节 染色体,四、染色体的形态结构,（二）巨大染色体在有些生物的发育阶段的细胞中，有一些体积很大的特殊的染色体包括多线染色体（polytene chromosome）和灯刷染色体(lampbrush chromosome)，这两种认识它成为巨大染色体(giant chromosome)。,第五章 细胞核与染色质,第三节 染色体,五、染色体DNA的关键序列,1自主复制DNA序列 2着丝粒DNA序列 3端粒DNA序列,第五章 细胞核与染色质,第三节 染色体,六、核型与染色体显带,1人类的正常核型,第五章 细胞核与染色质,第三节 染色体,六、核型与染色体显带,2染色体显带技术染色体显带技术是指染色体经过一定程序处理，并用特定染料染色后，其长轴显现出明暗或深浅相间的横形带纹的显带技术。通过显带技术，使各号染色体都显现出独特的带纹，这就构成了每条染色体的带型。,第五章 细胞核与染色质,第三节 染色体,七、核基质与核体,（一）核骨架1核骨架是存在于真核细胞核内真是的结构体系；2核骨架与核纤层、中间纤维相互连接形成网状结构体系，是贯穿于核与质的一个独立结构系统。3核骨架的主要成分是非组蛋白的纤维蛋白构成的，含有多种蛋白成分。少量的RNA，这些物质的存在对维持核骨架的完整性是必要的。4核骨架与DNA复制、基因表达及染色体的包装与构建有密切关系。,第五章 细胞核与染色质,第三节 染色体,七、核基质与核体,（二）核体高等真核细胞的间期核内除染色质与核仁结构外，最近几年在染色质之间的空间还含有许多形态、结构不同的亚核结构域（subnuclear domain），称为核体（nuclear bodies,NBs）。,第五章 细胞核与染色质,第六章 细胞增殖与细胞分化,第一节 细胞周期,第二节 细胞分裂,第三节 细胞分化,细胞增殖是细胞生命活动的重要特征之一，细胞生命过程有长有短，主要是通过细胞分裂（cell division）进行增殖延续生命，或者经过细胞死亡（daughter cell），生命活动消失。细胞分裂和细胞死亡均是细胞生命活动的基本特征。多细胞生物往往是由一个细胞即受精卵分裂发育而来。它的产生，肯定需要许多次细胞分裂，并经过复杂的细胞分化过程。,第一节 细胞周期,一、细胞周期的概述细胞分裂沿着G1SG2 M期的路线运转（图61）。G1期，是从前一次细胞分裂结束 到DNA合成前的间隔期，主要进行细胞生长，为DNA的复制准备期。S期是DNA复制期，使DNA含量加倍。G2期，是从DNA合成后到细胞开始分裂前的间隔期。,一、核膜与核周间隙,第六章 细胞增殖与细胞分化,第一节 细胞周期,一、细胞周期的概述,一、核膜与核周间隙,第六章 细胞增殖与细胞分化,第一节 细胞周期,（一）细胞同步化的概念 。细胞同步化是自然的，或经人为选择或诱导造成的细胞周期同步化。前者称为自然同步化，后者称为人工同步化。经同步化后的细胞具有形态和生化上的相似的特点，这对于细胞周期的动力学以及细胞周期的调控等方面的研究非常有利。 1选择同步化 2诱导同步化（1）DNA合成阻断法 利用DNA合成抑制剂，阻断S期细胞中的DNA合成，可使细胞同步于S期。G1/STbR双阻断法是最常用的方法。,二、细胞同步化,第六章 细胞增殖与细胞分化,第一节 细胞周期,（2）中期阻断法,二、细胞同步化,第六章 细胞增殖与细胞分化,第一节 细胞周期,细胞周期的运转是沿着G1SG2 M的顺序进行的，不同时期出现不同的关键性的生命活动。,三、细胞周期时相,第六章 细胞增殖与细胞分化,第一节 细胞分裂,细胞核和细胞质直接分裂，所以又称直接分裂（direct division）。其分裂过程首先是细胞核拉长，从中间断裂，随后细胞质一分为二，形成子细胞。 无丝分裂在低等动物中较为常见，而人体的一些组织细胞，在受伤或发生病变、衰老时，也能进行无丝分裂。,一、无丝分裂,第六章 细胞增殖与细胞分化,第一节 细胞分裂,（一）有丝分裂器的结构和功能 1中心粒 2动粒 3纺锤体4星体,二、有丝分裂,第六章 细胞增殖与细胞分化,第一节 细胞分裂,（二）有丝分裂过程 1前期（prophase）2前中期3中期（metaphase）4后期(anaphase 5末期(telophase)6胞质分裂（cytokinesis）,第六章 细胞增殖与细胞分化,第二节 细胞分裂,二、有丝分裂,第六章 细胞增殖与细胞分化,第二节 细胞分裂,染色体数为2n的体细胞通过种特殊的有丝分裂即减数分裂方式产生出染色体数为n的精、卵细胞，精卵融合后又恢复2n。减数分裂是经过一次DNA复制，两次细胞分裂，结果使染色体数减少了一半,三、减数分裂,第六章 细胞增殖与细胞分化,第二节 细胞分裂,三、减数分裂,第六章 细胞增殖与细胞分化,第二节 细胞分裂,（一）减数分裂前间期（二）减数分裂过程 由减数分裂前G2期细胞进入两次有序的细胞分裂。减数第一次分裂可分为前期I、中期I、后期I、末期I。减数第二次分裂可分为前期，中期，后期，末期。两次分裂之间的分裂间期或长或短，但无DNA合成。 1减数第一次分裂 （1）前期I 细线期（leptotene stage）或称凝集期(condensation stage) 偶线期（zygotene stage）又称配对期（pairing stage）。,三、减数分裂,第六章 细胞增殖与细胞分化,第二节 细胞分裂,粗线期(pachytene stage，pachynema)又称重组期(recombination stage),三、减数分裂,第六章 细胞增殖与细胞分化,第二节 细胞分裂,粗线期(pachytene stage，pachynema)又称重组期(recombination stage),三、减数分裂,第六章 细胞增殖与细胞分化,第二节 细胞分裂,双线期（diplotene stage）又称合成期（synthesis stage）,三、减数分裂,第六章 细胞增殖与细胞分化,终变期(diakinesis stage)又称再凝集期(recondensation stage),第二节 细胞分裂,（2）中期 （3）后期（4）末期I 2减数分裂间期3减数第二次分裂,三、减数分裂,第六章 细胞增殖与细胞分化,第二节 细胞分裂,三、减数分裂,第六章 细胞增殖与细胞分化,第二节 细胞分裂,（三）减数分裂与有丝分裂比较,第六章 细胞增殖与细胞分化,第三节 细胞分化,（一）细胞分化的基本概念细胞分化是指受精卵经过分裂逐渐产生形态结构、生理功能和蛋白质合成等方面都有稳定差异的过程。 （二）细胞的全能性一个细胞在一定的条件下分化发育成为完整个体的能力称为细胞的全能性（totipotency）。具有这种潜能的细胞称为全能性细胞，它应该具有完整的基因组，可以表达基因库中任何基因，分化形成该个体任何种类细胞。理论上，每个具有完整基因组的细胞，包括生殖细胞和体细胞，都应该是全能性的,一、细胞分化的特点,第六章 细胞增殖与细胞分化,第三节 细胞分化,（三）细胞决定在细胞之间出现可识别的形态和功能的差异之前，细胞已经具有按特定的方向分化，最终形成一定表型的细胞。这种细胞的发育选择叫做细胞决定（cell determination），是细胞潜能逐渐受限的过程，也是有关分化基因选择性表达前的过渡阶段，具有高度的遗传稳定性。,一、细胞分化的特点,第六章 细胞增殖与细胞分化,第三节 细胞分化,（四）影响细胞分化的因素1细胞核和细胞质的相互作用对分化的影响 2诱导对分化的影响3抑制对分化的影响,一、细胞分化的特点,第六章 细胞增殖与细胞分化,第三节 细胞分化,一、干细胞,第六章 细胞增殖与细胞分化,干细胞（stem cell）是细胞分化过程中出现的具有分裂增殖能力、并能分化产生一种以上“功能”细胞的原始细胞。 （一）干细胞的形态和生化特征1形态特征 2生化特征,第三节 细胞分化,第六章 细胞增殖与细胞分化,（二）干细胞的增殖与分化特征1干细胞增殖的缓慢