第九章 细胞核与染色体

第九章细胞核与染色体第九章细胞核与染色体 主要内容 一 主要内容 一 核被膜核被膜 nuclear envelope 与核孔复合体与核孔复合体 nuclear pore complex 二 染色质二 染色质 chromatin 与染色体与染色体 chromosome 三 核仁三 核仁 nucleolus 四 核骨架四 核骨架 nuclear skeleton 细胞核 细胞核 功能 功能 真核细胞最重要的细胞器 遗传和代谢的调控中心遗传和代谢的调控中心 细胞核是贮存遗传信息 基因复制 转录和转录产物加工的场所 贮存遗传信息 基因复制 转录和转录产物加工的场所 从而 控制细胞的遗传与代谢活动 细胞核出现的进化意义 细胞核出现的进化意义 细胞核的出现是细胞进化的重要标志 是原核与真核细胞根本区别 细胞核的出现是细胞进化的重要标志 是原核与真核细胞根本区别 1 保护DNA 使之免受胞质机械运动的影响 2 使基因表达的两步 转录和翻译 在不同的时间和空间进行 细胞核中 细胞核中 DNA复制复制 RNA合成 转录 细胞质中 蛋白质合成 翻译 基因表达调控 合成 转录 细胞质中 蛋白质合成 翻译 基因表达调控 细胞核结构 细胞核结构 核被膜 nuclear envelope 核孔复合物 nuclear pore complex 核纤层 nuclear lamina 染色质 chromatin 核仁 nucleolus 核基质 nuclear matrix Nucleus structure 一 核被膜 一 核被膜 nuclear envelope 一 核被膜是双层膜结构 一 核被膜是双层膜结构 1 结构组成 1 外核膜外核膜 outer nuclear membrane 附有核糖体附有核糖体 并与内质网相连 是rER的一个特化区 膜上 附着中间纤维附着中间纤维 说明核是被内质网和中间纤维相对固定的 2 内核膜 内核膜 inner nuclear membrane 无核糖体附有 内表面有一层核纤层 3 核纤层核纤层 nuclear lamina 内核膜内表面一层纤维蛋白纤维蛋白网络 由核纤层蛋白核纤层蛋白 lamin 可分 为A B两型 构成 可支持核膜 并是连接核骨架与胞质中间丝 之间的桥梁 4 核周隙 核周隙 perinuclear space 与内质网腔相通 5 核孔复合体核孔复合体 nuclear pore complex 内外核膜融合部位 The nuclear envelope 核膜结构示意图核膜结构示意图 2 核被膜在细胞周期中有规律的解体和重建 核被膜在细胞周期中有规律的解体和重建 核纤层的作用 核纤层的作用 1 保持核的形态 保持核的形态 用高盐溶液 非离子去污剂和核酸酶去除大部分核物质 剩余的核纤 层仍能维持核的轮廓 2 核纤层是核骨架与中间纤维之间的桥梁 核纤层是核骨架与中间纤维之间的桥梁 核纤层与核骨架以及穿过核被膜的中间纤维相连 使胞质骨架和核骨 架形成一连续网络结构 3 在细胞分裂过程中核纤层发生解聚和重装配 对核膜的解体和重装配 有调节作用 在细胞分裂过程中核纤层发生解聚和重装配 对核膜的解体和重装配 有调节作用 核纤层在细胞分裂时呈现出周期性的变化 在分裂前期末 核纤层蛋 白 核纤层蛋 白被磷酸化磷酸化 核纤层解聚 A型核纤层蛋白以单体弥散到胞质中 B型核 纤层蛋白与核膜小泡保持结合状态 在分裂末期 核纤层蛋白去磷酸化核纤层蛋白去磷酸化 重新组装 介导了核膜的重建 磷酸化是分裂期核纤层结构动态变化 的调控因素 磷酸化是分裂期核纤层结构动态变化 的调控因素 有丝分裂过程中核膜的解体和重建有丝分裂过程中核膜的解体和重建 分裂前期末 核纤层蛋白被 磷酸化 核纤 层解聚 分裂末期 核纤层蛋白去磷酸化 重新组装 介导了核膜的重建 分裂前期末 核纤层蛋白被 磷酸化 核纤 层解聚 分裂末期 核纤层蛋白去磷酸化 重新组装 介导了核膜的重建 磷酸化是分裂期核纤层结构动态变化的调控因素磷酸化是分裂期核纤层结构动态变化的调控因素 二 核孔复合体 二 核孔复合体 NPC 是核质物质运输的通道核质物质运输的通道 双功能双功能 双向性双向性 亲水性亲水性 细胞核活动旺盛的细胞中核孔数目较多 主要成分是多种蛋白质 主要成分是多种蛋白质 称为核孔蛋白核孔蛋白 nucleoporin Nup 1 核孔复合体结构模型 核孔复合体结构模型 fish trap 结构结构 电镜下观察核孔呈圆形或八角形 结构似fish trap 主要包括以下4部分 胞质环胞质环 cytoplasmic ring 环上有8条胞质纤维 核质环核质环 nuclear ring 环上连8条纤维 末端形成小环 核篮结构 辐辐 Spoke 柱状亚单位 腔内亚单位 环带亚单位 中央栓中央栓 central plug 或称转运体转运体transporter 核孔复合体胞质面结构 核孔复合体核质面结构 核孔复合体胞质面结构 核孔复合体核质面结构 柱状亚单位 腔内亚单位 环带亚单位 The Nuclear Pore 2 核孔复合体的功能 核孔复合体的功能 核质交换双向选择性亲水通道 核质交换双向选择性亲水通道 为特殊的 为特殊的跨膜运输跨膜运输 具有 具有 双功能 双功能 有被动扩散和主动运输两种方式有被动扩散和主动运输两种方式 双向性 双向性 介导入核和出核转运介导入核和出核转运 亲水性 亲水性 是被动扩散的亲水通道是被动扩散的亲水通道 1 核孔复合体的被动扩散核孔复合体的被动扩散核孔有效直径核孔有效直径10nm左右左右 包括自由扩散和协助扩散 离子以及直径10nm以下的小分子 分子量分子量Mr5000 以下的分子可自由转运 大于以下的分子可自由转运 大于6000的球蛋白分子的球蛋白分子不能自由转 运 要 不能自由转 运 要通过主动运输 通过主动运输 2 核孔复合体的主动运输核孔复合体的主动运输 具有高度的选择性 与信号序列有关具有高度的选择性 与信号序列有关 1 选择性 选择性 对运输颗粒大小的限制 运输颗粒大小的限制 核孔主动运输功能直径可 达10 20nm 表明核孔复合体的有效直径是可以调节的 主动运输是信号识别和载体介导的过程 需要是信号识别和载体介导的过程 需要GTP 2 双向性 双向性 亲核蛋白亲核蛋白输入 RNA及RNP颗粒输出 亲核蛋白及其定位信号亲核蛋白及其定位信号 亲核蛋白亲核蛋白 karyophilic protein 在细胞质合成后通过主动运输转运到细胞核内发挥功能的 蛋白质 在细胞质合成后通过主动运输转运到细胞核内发挥功能的 蛋白质 包括驻留性驻留性的 如组蛋白 核纤层蛋白 和穿梭 性 穿梭 性 如importin 的 由核定位序列指导入核 核定位信号核定位信号 nuclear localization signal NLS 存在与亲核蛋白内 能指导亲核蛋白通过核孔复合物入核 的一段特殊的氨基酸序列 存在与亲核蛋白内 能指导亲核蛋白通过核孔复合物入核 的一段特殊的氨基酸序列 由4 8个氨基酸组成 含有Pro Lys和Arg 且完成核输入后不被切除 第一个被确定的NLS是病毒SV40的的T抗原抗原 它在胞质中合成后很快积 累在核中 其NLS为 为 pro pro lys lys lys Arg Lys val 即使单个氨基 酸被替换 亦失去作用 爪蟾卵母细胞核质蛋白注射试验爪蟾卵母细胞核质蛋白注射试验 爪蟾卵母细胞核质蛋白注射试验爪蟾卵母细胞核质蛋白注射试验 完整的核质蛋白或尾部片段包裹在胶体金颗粒上 注射细 胞质中 金颗粒穿越核孔 在核内积累 完整的核质蛋白或尾部片段包裹在胶体金颗粒上 注射细 胞质中 金颗粒穿越核孔 在核内积累 亲核蛋白通过核孔复合体的输入过程 亲核蛋白通过核孔复合体的输入过程 亲核蛋白的NLS识别受体识别受体importin 二聚体 形成转运 复合物 转运 复合物 转运复合物与核孔复合体的胞质纤维结合 纤维向 核弯曲 转运器构象发生改变 形成亲水通道转运器构象发生改变 形成亲水通道 转运复合物 通过核孔转运到核质面 Ran GTP蛋白结合蛋白结合使转运复合物解 体 释出亲核蛋白释出亲核蛋白 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 Process of Nuclear Import 形成转运复合物形成转运复合物 NLS识别受体识别受体importin 二聚体 二聚体 转运复合物经核孔复合体输入 受体 转运复合物经核孔复合体输入 受体 importin 的输出 释出亲核蛋白 的输出 释出亲核蛋白 importin 是胞质中NLS受体 Ran是一种G蛋白 在细胞核内Ran GTP的含量远高于细胞质 调节转运复合 物的解体或形成 二 染色质 二 染色质 chromatin 与染色体 与染色体 chromosome 染色质 染色质 线性结构 线性结构 是分裂间期分裂间期遗传物质的存在形式 染色体 染色体 棒状结构 棒状结构 是分裂期分裂期遗传物质的存在形式 染色体 是染色质紧密包装的结果 是遗传物质的载体是遗传物质的载体 1 化学组成相同 化学组成相同 2 形态结构不同 形态结构不同 包装程度不同 可相互转变 是遗传物质遗传物质在细胞周期不同阶段 的两种存在形式两种存在形式 一 染色质的化学组成 一 染色质的化学组成 核蛋白核蛋白 相对含量 DNA1 组蛋白组蛋白1 非组蛋白1 1 5 染色体结合蛋白 RNA 0 05 DNA与组蛋白的含量比较恒定与组蛋白的含量比较恒定 是染色质的基本组成分是染色质的基本组成分 非 组蛋白的含量变化较大 RNA含量最少 DNA贮存遗传信息 蛋白质负责贮存遗传信息 蛋白质负责DNA分子中遗传信息的组 织 复制和阅读 分子中遗传信息的组 织 复制和阅读 概念 概念 染色质染色质是细胞间期细胞核内易被碱性染料着色的 物质 为DNA 组蛋白 非组蛋白及少量RNA组成的线性 复合结构 光镜下呈颗粒状 不均匀地分布在细胞核中 1 DNA DNA是遗传物质 少数病毒为RNA DNA 基因 gene 基因组 基因基因 gene 是是DNA分子上有转录合成 多肽或 分子上有转录合成 多肽或RNA分子的功能片段 分子的功能片段 基因组基因组 genome 指某生物单倍染色体组中 全部遗传信息的总和 指某生物单倍染色体组中 全部遗传信息的总和 大肠杆菌 4 6 106 bp 4288个基因 酵母菌 1 2 107 bp 6000个基因 果蝇 1 8 108 bp 13600个基因 人人 3 109 bp 含 含3 4万个基因万个基因 DNA的碱基组成和排列顺序中的碱基组成和排列顺序中 DNA遗传信息储存在哪里 遗传信息储存在哪里 真核细胞 真核细胞DNA几种类型序列 几种类型序列 单一序列 单一序列 1或几个拷贝 蛋白编码序列蛋白编码序列 结构基因 占人基 因组1 5 中度重复序列 中度重复序列 20 300个个拷贝串联重复串联重复 包括各种rRNA基 因 基 因 18s 5 8s 28s tRNA基因基因 某些 如组蛋白等 结构基因某些 如组蛋白等 结构基因 散在重复序列 散在重复序列 重复序列分散存在于基因组中 如人基因组 中大量分散存在Alu家族 重复50 70万次 高度重复序列 高度重复序列 在基因组中重复频率很高 可达106 为短的 DNA串联重复排列 约占人基因组20 不转录 是异染色质成分 不转录 是异染色质成分 功 能不详 可能与染色体稳定性有关 如 卫星卫星DNA satellite DNA 重复单位长2 10 bp 成串排列 约 占人基因组5 6 因其碱基序列不同于其它部分 可用密度梯度 离心法与主体DNA分开 因而称之为卫星DNA或随体DNA 真核细胞基因结构示意图真核细胞基因结构示意图 真核生物的结构基因是断裂基因 断裂基因 一个断裂基因含有若干段编码序列 称为外显子外显子 在两 个外显子之间被一段不编码的间隔序列隔开 这些间隔序 列称为内含子内含子 每个断裂基因两侧各有一段非编码区 侧 翼序列 在侧翼序列侧翼序列上有一系列调控序列调控序列 主要包括启 动子 增强子 终止子 启 动子 增强子 终止子等 真核细胞基因组最大特点 含有大量重复序列 功能 真核细胞基因组最大特点 含有大量重复序列 功能DNA序列被不编码序列隔开 序列被不编码序列隔开 DNA二级结构多态性二级结构多态性 三种构象三种构象 B DNA Z DNA A DNA Three DNA conformations B型型DNA是经典的是经典的Wston Crick结构 相对稳定 活性最高 天然结构 相对稳定 活性最高 天然DNA多 为 多 为B型 型 A型和型和Z型都是型都是B型的变构形式 型的变构形式 2 组蛋白 组蛋白 histone 与 与DNA非特异性非特异性结合结合 是染色体的是染色体的基本结构蛋白 相对含 量与 基本结构蛋白 相对含 量与DNA相当且恒定 相当且恒定 1 组成特点 组成特点 富含带正电荷的Arg Lys等碱性氨基酸 属碱性蛋白碱性蛋白 可以 与酸性DNA紧密结合 2 种类 据氨基酸和分子量的不同 种类 据氨基酸和分子量的不同共有 5种种 分为两类 核心组蛋白核心组蛋白 core histone H2A H2B H3 H4 4种8分子聚合成核小体的核心部分 连接组蛋白连接组蛋白 linker histone H1 构成核小体时H1起连接作用 3 组蛋白特性 组蛋白特性 进化上的极端保守性极端保守性 不同种生物组蛋白氨基酸序列十分相似 无种属特异性无种属特异性 特别是H3和H4 是所有已知蛋白中最保守的 牛与鼠完全同 牛与豌豆仅2个氨基酸差别 无组织特异性无组织特异性 至今仅发现鸟类 鱼类 两栖类红细 胞无H1而有H5 肽链上氨基酸分布的不对称性氨基酸分布的不对称性 碱性氨基酸碱性氨基酸集中分布于N端半条链端半条链 大部分疏水氨基酸疏水氨基酸在 C端端 这种不对称分布与功能有关 碱性半条链与DNA负电 区结合 另半条链与其它组蛋白和非组蛋白结合 3 非组蛋白 非组蛋白 nonhistone 染色体上与特异DNA序列结合的酸性蛋白质 酸性蛋白质 又称序列特 异性 序列特 异性DNA结合蛋白 结合蛋白 细胞核内除组蛋白以外的酸性蛋白质 细胞核内除组蛋白以外的酸性蛋白质 1 种类 种类 包括多种参与核酸代谢与修饰的酶类 如酶类 如RNA聚合酶 组 蛋白甲基化酶等 核质蛋白 聚合酶 组 蛋白甲基化酶等 核质蛋白 基因表达调控蛋白 染色 体骨架蛋白 基因表达调控蛋白 染色 体骨架蛋白等 2 特性 特性 种类 多样性和异质性多样性和异质性 不同组织细胞其种类 数量有差 别 合成 整个细胞周期都合成整个细胞周期都合成 组蛋白只在S期合成 能识别特异识别特异DNA序列序列 识别信息来自DNA序列 识别位点 在大沟处 识别位点 在大沟处 以氢键和离子键结合 3 功能功能 是基因转录的调控因子 参与基因表达的调控 是基因转录的调控因子 参与基因表达的调控 4 序列特异性 序列特异性DNA结合蛋白的不同结构模式 与 结合蛋白的不同结构模式 与DNA结合的结构域 结合的结构域 共同特征 形成与 共同特征 形成与DNA结合的螺旋区 并具有蛋白二聚化能力结合的螺旋区 并具有蛋白二聚化能力 以二聚 体形式发挥作用 以二聚 体形式发挥作用 螺旋 螺旋 转角转角 螺旋模式 螺旋模式最普遍 蛋白质形成对称的同型二聚体同型二聚体 每个单体由20个氨基酸个氨基酸的小肽组成 两个 螺旋相互连接成 转角两个 螺旋相互连接成 转角 C端的 螺旋负责识别端的 螺旋负责识别DNA大沟的特异 碱基信息 另一 螺旋与磷酸戊糖链骨架接触 锌指模式 锌指模式 锌指蛋白有几个锌指重复单位 每个锌指单位是一个DNA结合结构域 由30个左右氨基酸个左右氨基酸残基组成 其中Cys2 His2与与Zn2 形成配位键形成配位键 以稳定自我折叠成的稳定自我折叠成的 手指手指 形状的形状的 空间构型 锌指的C端形成 螺旋负责与端形成 螺旋负责与DNA结合结合 亮氨酸拉链式模式 亮氨酸拉链式模式 蛋白的肽链C端约端约35个氨基酸个氨基酸残基有形成 螺旋的特点 螺旋一侧的亮氨酸排成一列 两个蛋白质分子的 螺旋间 靠亮氨酸残基间疏水作用力形成一条拉链状结构 两个蛋白质分子的 螺旋间 靠亮氨酸残基间疏水作用力形成一条拉链状结构 以N端碱 性氨基酸与DNA结合 螺旋环螺旋结构模式螺旋环螺旋结构模式 40 50个氨基酸组成两个两性 螺旋两个两性 螺旋 中间被一个或几个 转角组成的环分开 每个 螺旋由15 16个氨基酸残基组 成 HMG框架结构模式框架结构模式 是由3个 螺旋个 螺旋组成的结构模式 有弯曲有弯曲DNA 的能力的能力 通 过弯曲DNA 促进促进与邻近位点相结合的其它转录因子其它转录因子的相互 作用而激活转录 相互 作用而激活转录 序列特异性序列特异性DNA结合蛋 白的不同结构模式 结合蛋 白的不同结构模式 亮氨酸拉链 亮氨酸拉链 leucine zipper 某些DNA结合蛋白的一级结构C端区段 亮氨酸总是有规律地每隔7个 氨基酸就出现一次 疏水性的亮氨酸排列在螺旋的一侧 当2个蛋白质 分子平行排列时 亮氨酸之间相互作用形成二聚体 形成 拉链 拉 链 式的蛋白质分子以亮氨酸以外带电荷的氨基酸同DNA结合 比较组蛋白和非组蛋白的特性和作用比较组蛋白和非组蛋白的特性和作用 帮助DNA卷曲形成核小体 的稳定结构 对染色体 DNA的包装起着重要作用 作用 1 碱性蛋白质 富含 Arg Lys 带有正电荷 2 与DNA非特异性结合 3 极端保守性 无种属 和组织特异性 特性 非组蛋白组蛋白 1 酸性蛋白质 富含 Asp glu 带有负电荷 2 与DNA特异性结合 3 具多样性和异质性 是真核细胞转录活动的调 控因子 参与基因表达的 调控 二 从 二 从DNA到染色体到染色体 2m长的长的DNA存在于存在于5 m的核内 的核内 1 染色体包装的结构模型 染色体包装的结构模型 1 染色体包装的多级螺旋模型多级螺旋模型 从从DNA到染色体经过四级包装到染色体经过四级包装 2 染色体包装的骨架骨架 放射环模型放射环模型 二 从 二 从DNA到染色体到染色体 1 染色体包装的结构模型 染色体包装的结构模型 1 染色体包装的多级螺旋模型多级螺旋模型 从从DNA到染色体经过四级包装到染色体经过四级包装 基本结构单位基本结构单位 核小体核小体 DNA螺旋缠绕组蛋白形成 一级结构一级结构 10nm核小体串珠结构核小体串珠结构 长度压缩了7倍倍 二级结构二级结构 螺线管 螺线管 solenoid 电镜下观察到直径直径30nm的染色质纤维染色质纤维 由核小体螺旋化形 成 每6个核小体绕一圈 构成外径30nm 内径为10nm的 中空管 长度压缩6倍倍 三级结构三级结构 超螺线管 超螺线管 supersolenoid 螺线管螺旋化形成直径直径0 4um的圆筒装结构 也称单位 线 长度压缩40倍倍 四级结构四级结构 染色单体染色单体chromatid 超螺线管进一步螺旋折叠形成染色单体 长度压缩5倍倍 核小体串珠结构 10nm 螺线管 30nm 超螺线管 400nm 染色体 染色体包装的 多级螺旋模型 染色体包装的 多级螺旋模型 solenoid 核小体 nucleosome 核小体是染色体基本结构单位核小体是染色体基本结构单位 核小体结构要点 核小体结构要点 每个核小体包括约每个核小体包括约200bp的的DNA 一个组蛋白八聚体核心和 一个组蛋白 一个组蛋白八聚体核心和 一个组蛋白H1 核心颗粒核心颗粒 组蛋白八聚体 H2A H2B H3 H4各两分子 DNA分子分子 以左手螺旋缠绕在核心颗粒表面 共1 75圈 约146bp 两端被H1锁合 相邻核心颗粒之间为一段60bp 的连接线连接线DNA 核小体结构主要实验证据 核小体结构主要实验证据 核小体结构主要实验证据 核小体结构主要实验证据 A C A 电镜观察电镜观察 未经盐溶液处理的染色质自然结构为未经盐溶液处理的染色质自然结构为30nm的纤丝的纤丝 经盐溶液处理后解聚的染色质直径经盐溶液处理后解聚的染色质直径10nm的核小体串珠状结构的核小体串珠状结构 B 微球菌核酸酶水解微球菌核酸酶水解 微球菌核酸酶消化染色质微球菌核酸酶消化染色质 电泳分析得到的片段是以电泳分析得到的片段是以200bp为单位的单体 二体 为单位的单体 二体 400bp 三体 三体 600bp 等 等 微球菌核酸酶来源于金黄色葡萄球菌 Staphylococcus aureus 是一种非特异 性的核酸内切酶和核酸外切酶 可消化双链 单链 环化以及线性的核酸 X射线晶体衍射揭示的核小体三维结构射线晶体衍射揭示的核小体三维结构 显示核小体核心颗粒8个组蛋白分子的位置 C X 射线晶体衍射研究射线晶体衍射研究 2 染色体的骨架 放射环结构模型骨架 放射环结构模型 袢环模型 袢环模型 染色体包装的一级和二级结构已基本取得一致看法一级和二级结构已基本取得一致看法 对于更高级染色 体包装方式 至今尚不明确 模型内容 30nm的纤维折叠为一系列的环 的纤维折叠为一系列的环 loop 染色质 染色质loop 结 构域 结合在染色体骨架上 结 构域 结合在染色体骨架上 沿着染色体纵轴 由中央向 四周伸出 构成放射环 构成放射环 结合点是富含AT的区域 多级螺旋模型多级螺旋模型强调螺旋化强调螺旋化 骨架 放射环结构模型 骨架 放射环结构模型强调环 化与折叠 强调环 化与折叠 二者都有实验和观察证据 二者都有实验和观察证据 Radial loops of chromatin in undisrupted chromosomes 融螺旋化和环化与折叠两 种机制的染色体包装模型 融螺旋化和环化与折叠两 种机制的染色体包装模型 三 异染色质和常染色质 三 异染色质和常染色质 间期核间期核中染色质可分为 1 常染色质 常染色质 euchromatin 的特点 具备转录活性具备转录活性的染色质 间期结构疏松结构疏松 电子密度低 染色 浅 染色 浅 主要含有单一序列DNA和中度重复序列DNA 存在核中 央部位 2 异染色质 异染色质 heterochromatin 的特点 间期无转录活性无转录活性 凝缩状态凝缩状态 染色深染色深 是遗传惰性区 存 在核边缘 在细胞周期中表现为晚复制 早凝缩 分为两类 结构异染色质结构异染色质 constitutive heterochromatin 在所有细胞内都呈聚缩状态的染色质聚缩状态的染色质 多定位于着丝粒 区 着丝粒 区 端粒端粒 次缢痕次缢痕及染色体臂的某些节段 在间期聚集成多 个染色中心 由相对简单的高度重复序列构成 兼性异染色质兼性异染色质 facultative heterochromatin 指不同细胞类型或不同发育时期出现的异染色质区 巴氏 小体 异染色质 核内深染部分 和常染色质 核内浅染部分 异染色质 核内深染部分 和常染色质 核内浅染部分 雌性哺乳动物发育早期 体细 胞核中随机失活的一条X染色 体 表现为异染色质 人的胚胎发育到16天以后出现 巴氏小体 巴氏小体位于细胞 核周缘部 略呈三角形 尖端 向内 染色反应表现为深染 因此通过检查羊水中胚胎细胞 的巴氏小体可预测胎儿的性别 或检查性染色体异常患者 巴氏小体可预测胎儿的性别 或检查性染色体异常患者 巴氏小体 barr body 四 染色体 四 染色体 chromosome 染色体相关的术语染色体相关的术语 1 染色体数目 染色体数目 同一物种染色体数目相对稳 定 不同物种染色体数目不 同 性细胞染色体为单倍体 haploid 体细胞为二倍体 diploid 也有多倍体 主缢痕主缢痕 次缢痕次缢痕 染色体扫描电镜图染色体扫描电镜图 NOR 着丝粒 端粒 着丝粒 端粒 Metacentric chromosome Submetacentric chromosome Arocentric chromosome Telocentric chromosome 据着丝粒在染色体上的位置 据着丝粒在染色体上的位置 2 中期染色体的形态结构和类型 中期染色体的形态结构和类型 染色体 染色体 Chromosome 姊妹染色单体 姊妹染色单体 Sister chromatid 有丝分裂中期是观察染色体形态结构最好时期 有丝分裂中期是观察染色体形态结构最好时期 st3 7近端着丝粒近端着丝粒 t 7端部着丝粒端部着丝粒 sm1 7 3近中着丝粒近中着丝粒 m1 1 7中部着丝粒中部着丝粒 M1正中着丝粒 表示符号臂比 长臂 正中着丝粒 表示符号臂比 长臂 短臂 短臂 染色体形态学分类染色体形态学分类 1 着丝粒 着丝粒 centromere 与着丝点与着丝点 kenetoche 动粒 动粒 是两个不同的概念 着丝粒位于主缢痕内侧着丝粒位于主缢痕内侧 是两条染色单体连接部位的染色 质 着丝点位于主缢痕外侧表层 着丝点位于主缢痕外侧表层 与纺锤丝微管相接触 着丝粒区含3个结构域 动粒结构域动粒结构域 kinetochore domain 着丝粒区外表面 中央结构域中央结构域 central domain 着丝粒区主体 高度串联 重复的 卫星DNA构成 表现为异染色质特性 配对结构域配对结构域 paring domain 位于着丝粒结构的内层 中期 两条染色单体在此连结 功能 保证细胞分裂时染色体正常分离 平均分配到子细 胞中 功能 保证细胞分裂时染色体正常分离 平均分配到子细 胞中 着 丝 粒 的 三 个 结 构 域 着 丝 粒 的 三 个 结 构 域 荧 光 原 位 杂 交 显 示 着 丝 粒 卫 星 荧 光 原 位 杂 交 显 示 着 丝 粒 卫 星 D N A 2 主缢痕主缢痕 primary constriction 和次缢痕和次缢痕 secondary constriction 主缢痕是中期染色体上一个染色较浅而缢缩的部位 亦称 着丝粒区 次缢痕是染色体上第二个呈浅缢缩的部分 位置 相对稳定 数目 位置和大小是鉴定染色体个别性的一个显 著特征 3 核仁组织区 核仁组织区 nucleolar organizing regions NORs rRNA基因基因 5SrRNA基因除外 所在的区域 NORS位于 染色体的次缢痕区 位于 染色体的次缢痕区 4 随体随体 satellite 染色体末端的球形染色体节段 通过次缢痕区与染色体主 体部分相连 5 端粒 端粒 telomere 染色体端部的特化部分染色体端部的特化部分 维持染色体的完整性和稳定性完整性和稳定性 由端粒DNA和端粒蛋白质构成 荧 光 原 位 杂 交 显 示 端 粒 和 端 粒 序 列 荧 光 原 位 杂 交 显 示 端 粒 和 端 粒 序 列 端粒序列和端粒酶端粒序列和端粒酶 不同生物的端粒序列端粒序列都很 相似 由长5 10 bp的重复单 位串联而成 人的重复序列 为GGGTTA 不是染色体 DNA复制时连续合成的 而 是由端粒酶 telomerase 合成后添加到染色体末端 端粒酶端粒酶是一种核糖核蛋 白复合物 具有逆转录酶的 性质 以物种专一的内在 RNA为模板 把合成DNA的 添加到染色体的3 端 端粒起细胞分裂计时器的作 用 端粒起细胞分裂计时器的作 用 正常体细胞染色体缺端 粒酶活性 端粒序列随细胞 分裂变短 细胞随之衰老 3 染色体 染色体DNA的三种功能元件的三种功能元件 染色体确保复制和稳定遗传的三个基本元素 自主复制 自主复制DNA序列序列 autonomously replicating DNA sequence ARS 是DNA复制的起点 酵母基因组含200 400个ARS 大多数具有一个 11 14 bp 富含AT的共有序列 含有这一序列的质粒能高效转化宿主细 胞 并能在细胞中独立于宿主染色体存在 着丝粒 着丝粒DNA序列序列 centromere DNA sequence CEN 由大量串联的重复序列组成 如 卫星DNA 其功能是参与形成着丝 粒 使细胞分裂中染色体能够准确地分离 端粒 端粒DNA序列序列 telomere DNA sequence TEL 酵母人工染色体 yeast artificial chromosome YAC 包括ARS CEN TEL三种功能元件 可用于转基因和构建基因文 库 容纳插入片段的能力远高于质粒 1983年 A W Murray等人首 次成功构建 Three key regions of a chromosome 4 核型与带型 核型与带型 1 染色体核型 染色体核型 karyotype 一个个中期细胞所有染色体的表型中期细胞所有染色体的表型 包括染色体的数目数目 大 小和形态特征 大 小和形态特征 核型分析对于探讨人类遗传病的机制 物种 亲缘关系与进化 远源杂种的鉴定等具有重要意义 核型图核型图 karyogram 将一个中期细胞中成对的染色体按形 状 大小顺序排列 多功能染色体图像分析系统 一种蝉的有丝分裂核型一种蝉的有丝分裂核型 人类有丝分裂细胞染色体核型人类有丝分裂细胞染色体核型 人类染色体核型人类染色体核型 有st最短21 22 YG 无M较短19 20F 无M sm短16 18E 无st中13 15D 无sm较长6 12 XC 无sm长4 5B 无M sm最长1 3A 随体有无着丝粒位置染色体长度染色体编号类别 人类染色体核型分析表人类染色体核型分析表 2 染色体带型 染色体带型 染色体显染色体显 分带技术 分带技术 经物理 化学因素处理后 用染料对染色体进行染 色 使其呈现特定的深浅不同带纹 band 的方法 每一染色体的带型是高度专一和恒定的每一染色体的带型是高度专一和恒定的 用途 染色体带型 用途 染色体带型能为染色体及其畸变提供更多的细 节 有助于发现更多细微的染色体异常有助于发现更多细微的染色体异常 可对染色体的 断裂点作更为精确的定位定位 这些对基因图基因图的详细绘制有 重要价值 在细胞遗传学理论研究 医疗诊断 动植物 育种等方面有广泛的用途 类型 类型 染色体显染色体显 分带技术分两类 类 产生的染色带分布在整个染色体的长度上 分带技术分两类 类 产生的染色带分布在整个染色体的长度上 Q带带 喹丫因染色喹丫因染色 紫外下的荧光明暗带 富含AT明带明带 富含GC暗暗带 G带带 Giemsa染料染料染色后所呈现的染色体区带 R带带 经碱性磷酸盐处理 丫啶橙经碱性磷酸盐处理 丫啶橙或Giemsa染色后所呈现的带型 一般 与与G带正好相反带正好相反 类 局部性的显带 类 局部性的显带 C带带 显示着丝粒结构异染色质着丝粒结构异染色质及其它染色体区段的异染色质 异染色质 着丝 粒异染色质带 着丝 粒异染色质带 T带带 是染色体端粒端粒部位经丫啶橙染色后呈现的区带 端粒带 端粒带 N带带 Ag As染色 主要染核仁组织者染核仁组织者区域的酸性蛋白 Q带 喹丫因染色 紫外下的荧光明暗带 富含AT明带 富含GC暗带 G带 带 Giemsa染料染色后所呈现的染色体区带染料染色后所呈现的染色体区带 C带 显示着丝粒结构异染色质带 显示着丝粒结构异染色质 5 特殊染色体 巨大染色体 特殊染色体 巨大染色体 多线染色体 唾腺染色体 多线染色体 唾腺染色体 1 存在 存在 1881年 意大利细胞学家 Balbiani在摇蚊幼虫唾腺细胞 中发现 又叫唾腺染色体 主要存在于双翅目昆虫 如 果蝇 幼虫的唾腺 气管 马氏管 小肠等组织细胞中 主要存在于双翅目昆虫 如 果蝇 幼虫的唾腺 气管 马氏管 小肠等组织细胞中 果蝇唾腺染色体形态结构果蝇唾腺染色体形态结构 染色中心染色中心 X染色体 端着丝点染色体 端着丝点 2 3号染色体 中着丝点号染色体 中着丝点 4号染色体 点状号染色体 点状 2 多线染色体的特点 巨大性 巨型 多线染色体的特点 巨大性 巨型 多线多线 比一般染色体长100 200倍 粗1000 2000倍 每条多线染色体由上 千条染色质纤维 染色线 构成 间期核中也呈染色体形态间期核中也呈染色体形态 光镜下清 晰可见 多线 原因 由于反复内复制 染色体复制而细胞不分裂 造成 体细胞同源染色体配对 体细胞联会 体细胞同源染色体配对 体细胞联会 是研究染色体畸变的好材料 即用碱性染料处理 染色体呈现 明暗相间的带纹 即用碱性染料处理 染色体呈现 明暗相间的带纹 带即深度染色部 位 横纹区 浅色部分 间带区 横纹横纹 成因 成因 每条染色线的绊环 区整齐地排列在一起而形成带 每条染色线的绊环 区整齐地排列在一起而形成带 基因表达时 带处的绊环会松懈 而形成局部膨大称胀泡 胀泡 puff 染色体疏松 用3H 尿嘧啶处理 细胞 发现胀泡被标记 说明胀泡 是基因活跃转录的形态学标记 故 唾腺染色体是研究基因表达的好材 料 有深浅间隔的 恒定的 有深浅间隔的 恒定的横纹横纹结构结构 环形结构环形结构 果蝇X染色体16区 A段6条横纹的重复 表现了降低红色小眼数的剂量效应 正常眼 棒眼 重棒眼正常眼 棒眼 重棒眼 X染色体染色体16A1 6区段无重复区段无重复 16A1 6区段重复区段重复1次次 16A1 6区段重复区段重复2次次 三 核仁 necleolus 间期细胞核内呈圆球形的结构 一般1 2个 功能是转录功能是转录 rRNA和组装核糖体亚单位 和组装核糖体亚单位 蛋白合成旺盛和分裂增殖较快的细胞有较大和较多的核 仁 反之核仁很小或缺如 核仁在分裂前期消失 末期又重新出现 一 核仁的超微结构 一 核仁的超微结构 电子显微镜下可辨认出有3个特征性的区域 纤维中心 纤维中心 fibrillar centers FC 是致密纤维包围致密纤维包围的低电子密度低电子密度的1或几个圆形结构圆形结构 主要成分为RNA聚 合酶和 聚 合酶和rDNA rRNA基因 致密纤维组分 致密纤维组分 dense fibrillar component DFC 呈环形或半月形包围FC 由致密纤维构成 是新合成的新合成的RNP 指结合蛋 白质的r