细胞生物学-13.doc

基 础 医 学 院 电 子 教 案 纸 课程名称：细胞生物学课 型：理论课授课章节：第十三章授课内容：授课地点：授课时间：教学手段：多媒体教学时数：教材及参考书目：医学细胞生物学 宋今丹主编 一、教学目的与要求：掌握细胞核、染色体与染色质、核小体、核纤层与核骨架、常染色质和异染色质、核仁组织区等基本概念。掌握细胞核的超微结构及功能，核膜和核仁的超微结构和功能。染色质的化学组成及染色体的构建（一级、二级、三级、四级结构），核小体的结构。掌握染色体的形态结构、人类染色体数目、类型、核型、带型，掌握核仁的亚微结构及生物学功能。熟悉核仁周期、核纤层和核骨架的成分及功能，熟悉细胞核的病变和疾病的关系。二、教学用具：三、重点、难点、关键点：细胞核、染色体与染色质、核小体、核纤层与核骨架、常染色质和异染色质、核仁组织区等基本概念。细胞核的超微结构及功能，核膜和核仁的超微结构和功能。染色质的化学组成及染色体的构建（一级、二级、三级、四级结构），核小体的结构。染色体的形态结构、人类染色体数目、类型、核型、带型，掌握核仁的亚微结构及生物学功能。四、教学内容：细胞核： 1 最大的细胞器 2 遗传物质储存、复制和转录的场所3 生命活动的控制中心 4 真核生物与原核生物最大的区别 正常细胞NP (核质比) 1：4-5，分裂期细胞NP0.2，衰老细胞NP0.2。形态：与细胞的形态相适应, 圆形、椭圆形、杆状、分叶状。 大小：5-30m 数目：1个、2个（肝、肾细胞）、数百（破骨细胞） 位置：细胞中央或偏于某一端 组成部分：核被膜、核仁、 染色质、核基质第一节 核被膜结构和功能（nuclear envelope） 一、 核膜的化学组成 蛋白质、脂类、少量DNA和RNA 核被膜的化学组成与内质网相似 二、 核膜的结构（电镜） 构成： 内核膜（inner nuclear membrane） 外核膜（outer nuclear membrane） 核周间隙（perinuclear space）2. 外核膜：面向胞质，与粗面内质网膜连续, 有核糖体附着 表面有中间纤维2.内核膜：面向核质外表面无核糖体 内表面附有核纤层3.核周间隙： 与粗面内质网腔相通 宽：20-40nm 4. 核孔 ：内外核膜融合所致，3000-4000个/细胞 核孔复合体（nuclear pore complex, NPC）： 捕鱼笼式核孔复合体： 胞质环 核质环 辐 中央栓 功能：介导细胞核与细胞质间的物质运输三、核被膜的主要功能 1.区域化作用 保证相对稳定的内环境 遗传信息的表达得到得到更为精确的控制2.合成生物大分子-蛋白质3.控制核质间的物质流和信息流 核膜双层核孔复合体第三节 染色质(chromatin) 和染色体(chromosome) 概念：染色质（chromatin）是指间期细胞核内能被碱性染料染色的物质，由DNA、组蛋白，非组蛋白及少量RNA组成的复合体，是间期遗传物质在细胞内的存在形式。染色质和染色体是同一物质不同时相的不同表现形态 染色质（间期） 染色体（分裂期）一染色质的化学组成 组成： DNA、 组蛋白、 非组蛋白、 少量RNA 比例： 1 : 1 : (1-1.5) : 0.05。 1染色体（质）DNAu 基因组（genome）: 真核细胞单倍染色体组中所含有的全部遗传信息为1个基因组 。人基因组：22条常染色体+2条性染色体u 染色体（质）DNA必须含有的三个特殊序列：1) 复制源 (replication origin)：DNA复制的起点有多个不同区域多点同时进行。 2) 着丝粒（centromer ): 两条染色单体连接部位，分裂期与纺锤丝相连，保证染色体平均分配。 3) 端粒（telomere )：染色体末端富含G重复序列，保证 DNA分子的完整性。 酵母人工染色体(YAC )：含上述3种成分，用于转基因2染色体（质）蛋白（1）组蛋白（histone） 1) 碱性蛋白,共5种 核心组蛋白（core histone）： H2A、H2B、H3、H4； 高度保守, 与DNA盘绕形成核小体 连接组蛋白（linker histone）：H1 具有种属和组织特异性 2) 构建染色体的高级结构。 3) 合成于S期，与DNA合成同时进行， 4) 合成后立即进入核内与DNA装配成染色质。 5) 与DNA紧密结合可抑制DNA的复制和RNA的转录。（2）非组蛋白( nonhistone ) 酸性蛋白, 序列特异性DNA结合蛋白 功能： 1）帮助DNA分子折叠以维持染色质的结构 2）协助启动DNA的复制 3）控制基因的转录和调节基因的表达3RNA：含量很低二 染色质的种类 常染色质 异染色质Euchromatin heterochromatin 结构松散 结构紧密 着色较浅 着色较深 螺旋化程度低 螺旋化程度高 有功能，可活跃 转录不活跃 地进行复制和转录 均匀分布在核内 位于核的边缘 多位于中央 部分与核仁结合u 结构异染色质: 在所有的细胞中,在整个细胞周期中都处于凝集状态，既不转录也不编码蛋白，为高度重复序列, 见于着丝粒、端粒、次缢痕等部位，在S期合成。u 兼性异染色质：只在特定阶段凝集而成（由原来的常染色质因丧失基因转录活性而来） # 常/异染色质的化学本质相同，但以不同的状态存在而已，一定条件下可互相转化。 分化细胞中兼性染色质增多说明了一种可能性:通过染色质折叠是关闭基因的一种方式。三染色体的构建 6109DNA碱基对/细胞/46条染色体/人 5/DNA/染色体/条 总长度174cm 5m/核直径 需要包装、压缩、折叠染色单体（几微米）DNA和组蛋白组成重复的亚单位: -核小体的提出。 （一）染色质的一级结构核小体(nucleosome) (染色体的基本结构单位) 八聚体/组蛋白（H3 H4和H2A H2B） + 140bpDNA分子（缠绕1.75圈） 核心颗粒 之间为60bp的连接DNA片段 直径11nm圆盘状颗粒核小体(压缩1/7) （二）染色质的二级结构 螺线管 H1参与下，核小体紧密连接、螺旋缠绕（6个/圈）染色质纤维（30nm） (压缩1/6) （三）染色质的三级结构超螺线管 进一步盘绕形成，直径400nm (压缩1/40) （四）染色质的四级结构染色单体 再次折叠而成chromatid（长2-10uM） (压缩1/5) 5/DNA2-10m/染色单体 长度压缩了近万倍多级结构螺旋模型。袢环结构模型 染色质纤维（30nm）折叠袢环结构域（沿染色体纵轴向中央四周伸出，形成放射环）再多次折叠盘曲染色单体四染色体的形态特征1中期染色体的形态结构 （1）染色单体： DNA双链盘曲折叠 一条染色单体 两条姐妹染色单体 着丝粒相连 一个染色体 （2）着丝粒和主缢痕： 着丝粒： 两条染色单体相连的中心部位，一段高度重复的DNA序列，不与组蛋白结合，而与纺锤丝结合参与染色体向两极的移动。 主缢痕：着丝粒的两侧向内凹陷处。光镜下相对不着色。 着丝粒结构 动粒结构域-外，微管组织中心 中心结构域-中，高度重复的DNA序列 配对结构域 -内，连接姐妹染色单体 动粒 ： 主缢痕两侧的一对三层板状结构 是纺锤丝微管聚合中心 中央着丝粒染色体（1/25/8） 染色体分类 亚中着丝粒染色体（5/87/8） 近端着丝粒染色体（7/81）长臂（q）,短臂（p） 端着丝粒染色体（末端）（3）次缢痕和随体： 次缢痕：近端着丝粒染色体（13，14，15，21，22）的短臂上，常与核仁的形成有关核仁组织区（NOR） 。 随 体： 染色体末端、与次缢痕相连的棒状小体（satellite）,由异染色质组 成。是识别染色体形态的重要特征之一 （4）端粒（telomere） 染色体末端的特化部位 简单的重复序列组成（人：TTAGGG） 维持染色体结构的稳定性，防止末端的相互粘连 正常染色体每复制一次丢失50-120bp 细胞的生命钟，衰老的标志 肿瘤细胞因具有端粒酶活性而自行合成端粒细胞无限繁殖。 五、染色体的数目、核型（一）数目 数目恒定，多为二倍体细胞（2n），生殖细胞为n. ( 二 ) 核型核型（karyotype）： 一个物种的全部染色体数目、大小和每条染色体所特有的形态 特征的总和，是有丝分裂中期的表型。 核型分析： 对染色体进行分组、排列、配对所做的形态分析。 人：46，XX（女）；46XY（男） 第三节 核纤层和核骨架 一、核纤层 内核膜下的纤维状蛋白网，一侧结合于内核膜，一侧结合于染色质。分三种核纤层蛋白（A、 B、C ）属于中间丝。 功能： 1）与核膜重建及染色体凝集有关 2）参与细胞核构建及DNA的复制和基因的表达 二、核骨架（核基质） 除核被膜、染色质和核仁以外的网架系统，又称核骨架 (nuclea skeleton)。是非组蛋白构成的纤维状结构。 (一)核基质的形态结构和化学组成 纤维蛋白成分构成的纤维网架结构， 分布于核空间， 与核纤层和核孔复合体相连。 (二)核基质的功能1. 为DNA的复制提供支架2. 是基因转录加工的场所3. 与染色体构建有关 第四节 核仁（nucleolus）在间期细胞的核中最明显，光镜下为均匀、海绵状的球体1-2个/细胞，与蛋白质的合成密切相关在核中的位置不固定 ，生长旺盛的细胞“核仁趋边”现象 无膜包裹一. 核仁的形态结构和化学组成 组成： 蛋白质占80% RNA占11% DNA占8% 形态结构： （电镜下）1纤维中心： 浅染的低电子密度的圆形结构， 是 rRNA基因的rDNA存在部位， 位于5对染色体上（13、 14、 15、21、22）， 共同构成核仁组织区（次缢痕部位）。 2致密纤维成分： 核仁内电子密度最高的的区域， 位于浅染区的周围 含有正在 转录 的rRNA分子 含有一些特异性的RNA结合蛋白（核仁素 nucleolin ：可使核仁被特征性地银染） 3. 颗粒成分： 核仁的外周，致密的颗粒成熟核糖体亚单位前体 二核仁的功能 1）合成rRNA；2）装配核糖体的大、小亚基三核仁周期 有丝分裂期：核仁变小、消失分裂末期：核仁重现 第八节 细胞核与疾病一、细胞核形态异常与肿瘤 肿瘤细胞：高核/质比；异型核结构；染色质近核膜处，颗粒状； 核仁rRNA高转录活性，体积大，数目多； 核孔数目增多显著。 二、染色体异常与肿瘤 数目异常； 结构异常视网膜母细胞瘤：13号长臂中间缺失五、小结：The nucleus is a spherical, sometimes elongated structure that contains the genetic material, the DNA, of the cell. The highly organized chromatin within is enveloped by a nuclear membrane that contains numerous pores for the transport of large macromolecules and ribosomal subunits to the cytoplasm. The nuclear envelope is actually two parallel unit membranes with an intervening perinuclear space. Ribosomes are often attached to the outside membrane and it is sometimes continuous with the rough ER.细胞核呈球形，有时为卵圆形，含有细胞的遗传物质DNA。高度有序的染色质被核膜包被，核膜上有许多核小孔以方便大分子物质和核糖体亚单位进入细胞浆。核膜实际上由两层平行的单位膜构成，膜中间为核间隙。核糖体经常附着在外核膜上，有时与粗面内质网膜连续。Functional aspects of nuclear：It is the largest organelle in the cell and the place for genetic storage, replication and transcription. It is the control center of living activity and the hallmark to distinguish eucaryotic cells from prokaryotic ones.细胞核的功能：细胞核是真核细胞中最大的细胞器，也是遗传物质储存、复制和转录的场所。它还是生命活动的控制中心，也是真核细胞和原核细胞的最大区别。Chromatin consists of coiled DNA bound to basic proteins called histones and non-histone proteins. The degree of coiling of the chromatin varies during cell activity. From microscopic examination, two types of chromatin can be seen: 1) dark, dense heterochromatin and 2) light euchromatin. Cells with light nuclei / uncoiled chromatin are more active than those with condensed, dark nuclei. Lightly coiled DNA facilitates transcription because there is more surface area available. 染色质由卷曲的DNA、组蛋白和非组蛋白组成。染色质的卷曲程度因细胞的功能活动而不同。在显微镜下，可看到两种类型的染色质：1）着色较深，结构紧密的异染色质和2）着色较浅的常染色质。细胞核着色浅，染色质螺旋化程度不高的细胞生物功能活跃，而细胞核着色深，染色质螺旋化程度高的细胞功能不如前者。轻度螺旋的DNA有利于基因的转录，因为可接触的表面积较大。A DNA molecule is an enormously long, unbranched, linear polymer that can contain many millions of nucleotides arranged in an irregular but nonrandom sequence. The genetic information is contained in the linear order of the nucleotides. Each DNA molecule is packaged in a separate chromosome, and the total genetic information stored in the chromosomes of an organism is said to constitute its genome. DNA分子是由数百万个核苷按不规则但非随机的方式组成的长的无分支的线性多聚体。细胞的遗传信息包含在核苷的线性序列中。每条染色体只有一个DNA分子。一个生物体的所有染色体中的遗传信息构成它的基因组。Each chromosome is formed from a single long DNA molecule. Each DNA molecule that forms a chromosome must contain a centromere, two telomeres, and replicating origins. Most chromosomal DNA does not code for essential proteins or RNAs. Therefore, only a few percent of mammalian genome can be involved in regulating or encoding essential proteins. Besides these nonessential DNA sequences, even the essential coding regions are often interrupted by long stretches of noncoding DNA.A每条染色体由一个长的DNA分子组成。每个DNA分子包含一个着丝粒、两