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第十章 细胞核(nucleus)与 染色体(chromosome) 细胞核主要由核被膜、核纤层、染色质、核仁及核体组成，细胞核是遗传信息的贮存场所，在这里进行Gene复制转录和转录初产物的加工过程，从而控制cell的遗传和代谢活动。第一节 核被膜与核孔复合体1，核被膜位于细胞核最外层，是细胞核与细胞质之间的界膜。2，核被膜在细胞有丝分裂过程中有规律地解体与重建。3，核被膜的功能： 构成核、质之间的天然选择性屏障 避免生命活动的彼此干扰 保护DNA不受细胞骨架运动所产生的机械力的损伤 核质之间的物质交换与信息交流 4，核孔复合物：指包括核孔及其相关联的环状结构体系。其结构相当复杂，是以一组protein颗粒以特定的方式排列形成的结构，可以从核膜上分离出来，称核孔复合物。包括内外核膜和环状颗粒等。中央为含水孔道，可见许5RD以下的小分子自由通过，分子量较大的物质则可通过核孔复合体进行运输。 它的结构组分：胞质环、核质环、辐、栓。5，亲核蛋白：在cell质基质中合成，进入核内执行功能的protein，其尾部含有一核定位序列，可指导亲核蛋白通过核孔复合体而进入核内。第二节1，染色质是指间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成的线性复合结构，是间期细胞遗传物质存在的形式。染色质与染色体是在细胞周期不同的功能阶段可以相互转变的的形态结构。染色质与染色体具有基本相同的化学组成，但包装程度不同,构象不同。2，凡是具有细胞形态的所有生物其遗传物质都是DNA。 3，在真核细胞中，每条未复制的染色体包装一条DNA分子，一个生物贮存在单倍染色体组中的总遗传信息，称为该生物的基因组。 4，基因组大小通常随物种的复杂性而增加5，核小体要点：a、每个核小体单位包括200bp左右的DNA超螺旋和一个组蛋白八聚体以及一个分子的组蛋白H1.b、组蛋白八聚体构成核小体的盘状核心颗粒，相对分子质量100000，由4个异二聚体组成，包括两个H2A.H2B和两个H3.H4c、146bp的DNA分子超螺旋盘绕组蛋白八聚体1.75圈。组蛋白H1在核心颗粒外结合额外20bpDNA，锁住核小体DNA的进出端，起稳定核小体的作用 d、两个相邻核小体之间以连接DNA相连，典型长度60bp，不同物种值不等 e、组蛋白与DNA之间的相互作用主要是结构性的，基本不依赖核苷酸的序列f、核小体沿DNA的定位受不同因素的影响。6，染色质分类：按形态结构和染色性能分：常和异染色体，异染色体又分为结构性和兼性染色质。按染色体的活性分活性和非活性染色质。7，常染色质：指间期核内染色质纤维压缩程度低，处于伸展状态，用碱性染粒色时着色浅的那些染色质。8，异染色质：指间期核内，染色质纤维压缩程度高，处于聚缩状态的，用碱性染色体染色较深的那些染色质，分结构和兼性异染色质。9，活性染色质：指具有转录活性的染色质，由于其核小体构型发生变化，往往具有疏构的染色质结构，从而便于转录调控因子和顺式调控元件的结合和RNA聚合酶在转录模板上的滑动。10，DNaseI超敏感位点：对染色质进行低DNaseI处理，切割将先发生在少数特异性位点上，这些特异性位点叫做DNaseI超敏感位点，实际上是一段长100-200bp的DNA序列特异暴露的染色质区域，富含HMG14，HMG17蛋白。11，基因座控制区：基因座控制区为染色体DNA上一种顺式作用元件，具有稳定染色质疏松结构的功能。12，隔离子：能防止处于阻抑状态与活化状态的染色质结构域之间的结构特点向两侧扩展的染色质DNA序列，表明基因表达有位置效应。13，反式作用因子：为一种蛋白或激素复合物，既能与合成自身DNA上的调控序列结合起作用，也能与不同DNA上的调控序列结合，调节不同的基因表达。14，顺式作用元件：DNA上的一种序列，本身不编码protein，仅仅提供一个作用位点，参与基因表达的调控，常与特殊的protein编码区连在一起，通过与反式作用因子相互作用而调节基因的表达。第四节1，染色体：细胞在有丝分裂时遗传物质存在的特定形式，是间期细胞染色质结构紧密包装的结果，可被碱性染料浓染的棒状结构。染色体:指细胞在有丝分裂或减数分裂过程中, 由染色质聚缩而成的棒状结构。 2， 染色体组：指配子中所含的染色体或Gene的总和，是把各种生物为保持其生活机能协调而不可或缺的一组染色体称作一个染色体组3，染色体：A着丝粒：在初级缢痕处两条染色单体相连处的中央部位，即主缢痕的内部结构B，动粒：在初级缢痕处两条染色单体的外侧表层部位的特殊结构，又称着丝点。C，次缢痕：除主缢痕外，在chromosome上其他的浅染缢缩部位，此处部分DNA松懈，可形成核仁组织区。D，核仁组织区：是细胞核特定chr的次缢痕处，含有rRNA基因的一段染、 色 体区域，与核仁的形成有关。E. 随体：位于chr末端的球形染色体片段，通过次缢痕区与chr主体部分相连，可分为端随体。F.端粒：为染色体的两个末端特化部位，位于真核生物染色体两臂端的特殊染色粒，亦称末端染色粒。4，染色体DNA的三种功能元件：A.自主复制DNA序列：DNA复制的起点确保chr在细胞膜周期中能够自我复 制，为顺式作用元件的一种，从而保护chr在世代传递中具有稳定性和连续性。B.着丝粒DNA序列：与染色体的分离有关，是两个相邻的核心区，80-90bpAT 区和11bp保守区，确保chr在cell分裂时能被平均分配到两个cell中去。C.端粒DNA序列：真核cell染色体端粒DNA序列是由端粒酶合成后添加到染色体末端，保证染色体的独立性和遗传稳定性。5，核型：指染色体组在有丝分裂中期的表型，包括染色体数目，大小，形态特征的总和。6，巨大染色体：比普通染色体显著巨大的染色体的总称，包括双翅目昆虫幼虫组织cell内的多线染色体和某些动物的卵母cell和果蝇的精母cell内的灯刷染色体。a.染色单体反复纵裂而形成许多线状染色单体，它们彼此不分离，并行排列且 同源染色体间配对，紧密结合形成体积很大的多线染色体。b.灯刷染色体：为卵母cell进行减数分裂时停留在双线期的染色体，为一个二价体，有四条染色单体，沿染色体的主轴侧面有许多环状突出物，整染色好似灯刷一样，故称灯刷染色体。第五节 1，核仁：是真核cell间期核内无包膜折射率较强的球形小体。由纤维中心，致密纤维中心，颗粒组分，核仁染色质，核仁基质组成。核仁是rRNA合成和加工以及核糖体亚单位的装配场所。2，核仁： a.纤维中心（Fc）：RNA基因的储存位点。 b.致密纤维中心：转录在Fc和DFC交界处发生，并在此进行初加工。 c.颗粒组分：为核仁的主要结构，由核糖糖蛋白（RNP）颗粒构成。为正在加工成熟的核糖体亚单位前体颗粒。 d.核仁相随染色质：分核仁周边染色质和核仁内染色质。 e.核仁基质：无定形的蛋白质性质的液体基质。思考题：P364，1，2，5，6，7，9第十一章 核糖体(ribosome) 核糖核蛋白体,简称核糖体。核糖体是一种核糖核蛋白颗粒，是细胞内合成蛋白质、没有膜包被的细胞器，其功能是按照mRNA的信息将氨基酸高效精确地合成蛋白质多肽链。第一节、1，核糖体的基本类型：（附着核糖体。游离核糖体。70S的核糖体 。80S的核糖体） 主要成分 r蛋白质：40%，核糖体表面；rRNA:60%,，核糖体内部。按存在的部位:有三种类型核糖体，细胞质核糖体、线粒体核糖体、叶绿体核糖体。2，核糖体结构与功能的分析方法：离子交换树脂可分离纯化各种r蛋白；纯化的r蛋白与纯化的rRNA进行核糖体的重组装，显示核糖体中r蛋白与rRNA的结构关系 双向电泳技术可显示出E.coli核糖体在装配各阶段中，与rRNA结合的蛋白质的类型双功能的交联剂和双向电泳分离可用于研究r蛋白在结构上的相互关系 电镜负染色与免疫标记技术结合，研究r蛋白在核糖体的亚单位上的定位。 对rRNA，特别是对16S rRNA结构的研究 70S核糖体的小亚单位中rRNA与全部的r蛋白关系的空间模型 同一生物中不同种类的r蛋白的一级结构均不相同，在免疫学上几乎没有同源性。不同生物同一种类r蛋白之间具有很高的同源性， 并在进化上非常保守。 3， 核糖体上具有一系列与蛋白质合成有关的结合位点与催化位点：a、与mRNA结合的位点 ；b、A位点 c、P位点 d、 E位点 e与肽酰tRNA从A位点转移到P位点有关的转移酶（即延伸因子EF-G)的结合位点 f、肽酰转移酶的催化位点 g与蛋白质合成有关的其他起始因子、延伸因子和终止因子的结合位点 。,4，在核糖体中rRNA是起主要作用的结构成分，其主要功能是：具有肽酰转移酶的活性；为tRNA提供结合位点(A位点、P位点和E位点)；为多种蛋白质合成因子提供结合位点；在蛋白质合成起始时参与同mRNA选择性地结合,以及在肽链的延伸中与mRNA结合；核糖体大小亚单位的结合、校正阅读(proofreading)、无意义链或框架漂移的校正、以及抗菌素的作用等都与rRNA有关。 第二节 聚核糖体与蛋白质的合成1，核糖体在细胞内并不是单个独立地执行功能，而是由多个甚至几十个核糖体串连在一条mRNA分子上高效地进行肽链的合成，这种具有特殊功能与形态结构的核糖体与mRNA的聚合体称为多聚核糖体。, 2，多聚核糖体的生物学意义：细胞内各种多肽的合成，不论其分子量的大小 或是mRNA的长短如何，单位时间内所合成的多肽分子数目都大体相等。 同一条mRNA被多个核糖体同时翻译成蛋白质,大大提高了蛋白质合成的速率. 以多聚核糖体的形式进行多肽合成，对mRNA的利用及对其浓度的调控更为经济和有效。 更重要的是减轻了细胞核的负荷, 减少了基因的拷贝数, 也减轻了细胞核进行基因转录和加工的压力。思考题：P3831，3，5，6第十二章 细胞增殖及其调控细胞增殖(cell proliferation)的意义：细胞增殖(cell proliferation)是细胞生命活动的重要特征之一,是生物繁育的基础。单细胞生物细胞增殖导致生物个体数量的增加。多细胞生物由一个单细胞(受精卵)分裂发育而来，增殖是多细胞生物繁殖基础。成体生物仍然需要细胞增殖，主要取代衰老死亡的细胞，维持个体细胞数量的相对平衡和机体的正常功能。 机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等，都要依赖细胞增殖。第一节 1，细胞周期：细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝分完成所经历的一个有序过程。其间细胞遗传物质和其他内含物分配给子细胞。 细胞沿着G1SG2MG1周期性运转，在间期细胞体积增大(生长)，在 M 期细胞先是核分裂，接着胞质分裂，完成一个细胞周期间期(interphase)。2，细胞周期时间：不同细胞的细胞周期时间差异很大；S+G2+M 的时间变化教小，细胞周期时间长短主要差别在G1期；有些分裂增殖的细胞缺乏G1、G2期。3 细胞周期中不同时相及其主要事件： G1期 S 期 G2期 M 期 G1期：G1 期是从有丝分裂完成到DNA复制前的一段时期, 又叫合成前期。此期主要合成rRNA、蛋白质、脂类和碳水化合物。在G1期的后期, DNA合成酶的活性大大增加。G1期进入S期与S期激活因子有关。如将S期和早G1期细胞融合,S期细胞可以诱导G1期细胞提前进入S期, 表明早G1期细胞尚未出现S期激活因子。 G2期：是DNA合成的后期。在这一时期, 主要是大量合成ATP、RNA、蛋白质, 包括微管蛋白和成熟促进因子MPF(maturationpromoting factor)等，为有丝分裂 作准备。DNA复制完成，在G2期合成一定数量的蛋白质和RNA分子。此时细胞核内DNA的含量增加一倍，由G1期的2n变成了4n，即每个染色体含有4个拷贝的DNA.，其他结构物质和相关亚细胞结构也已进行了进入M期的必要准备。 M 期-： M期即细胞分裂期，真核细胞的细胞分裂主要包括两种方式，即有丝分裂(mitosis)和减数分裂(meiosis)。遗传物质和细胞内其他物质分配给子细胞。M期是从细胞分裂开始到结束所经历的过程, 也就是从染色体的凝缩、分离到平均分配到两个子细胞为止。分裂后, S期合成的DNA减半。这一期的特点是RNA合成停止, 蛋白质合成减少, 以及染色体高度螺旋化。 S期 即DNA合成期。细胞周期中S期是最重要的一个时期, 在此期, 除了DNA合成外, 同时还会合成组蛋白, DNA复制所需的酶都在这一时期合成。 在S期, 组蛋白的mRNA水平可增加50倍。也就是说, DNA的合成和组蛋白的合成在时间上是同步的, 在密度上是相应的, 从而使新合成的DNA得以及时包装成核小体。另外, 推测组蛋白起到DNA复制延长因子的作用, 没有组蛋白的合成, DNA的复制就会停止。此外, 还发现DNA复制时, 不同序列的复制先后是不同的: 常染色质: 先; 异染色质: 后;能转录的DNA: 先; 不能转录的DNA: 后;GC含量高: 先; AT含量高: 后;4， 细胞周期长短测定： 脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察测定法 流式细胞仪测定法(Flow Cytometry)缩时摄像技术，可以得到准确的细胞周期时间及分裂间期和分裂期的准确时间。5，细胞同步化(synchronization)是指在自然过程中发生或经人为处理造成的细胞周期同步化，前者称自然同步化，后者称为人工同步化。自然同步化如有一种粘菌的变形体plasmodia，某些受精卵早期卵裂 人工同步化方法： 选择同步化有丝分裂选择法、细胞沉淀分离法。 诱导同步化DNA合成阻断法、中期阻断法、 药物诱导法、饥饿法。 1）有丝分裂选择法：使单层培养的细胞处于对数增殖期，此时分裂活跃。有丝分裂细胞变圆隆起，与培养皿的附着性低，此时轻轻振荡，M期细胞脱离器壁，悬浮于培养液中，收集培养液，再加入新鲜培养液，依法继续收集，则可获得一定数量的中期细胞。其优点是，操作简单，同步化程度高，细胞不受药物伤害，缺点是获得的细胞数量较少。（分裂细胞约占1%2%）2）细胞沉降分离法：不同时期的细胞体积不同，而细胞在给定离心场中沉降的速度与其半径的平方成正比，因此可用离心的方法分离。其优点是可用于任何悬浮培养的 细 胞，缺点是同步化程度较低。药物诱导法：1）DNA合成阻断法：选用DNA合成的抑制剂，可逆地抑制DNA合成，而不影响其他时期细胞的运转，最终可将细胞群阻断在S期或G/S交界处。5-氟脱氧尿嘧啶、羟基脲、阿糖胞苷、氨甲蝶呤、高浓度ADR、GDR和TDR，均可抑制DNA合成使细胞同步化。其中高浓度TDR对S期细胞的毒性较小，因此常用TDR双阻断法诱导细胞同步化：在细胞处于对数生长期的培养基中加入过量TDR，（Hela，2mol/L；CHO，7.5mol/L）。S期细胞被抑制，其它细胞继续运转，最后停在G1/S交界处。移去TDR。洗涤细胞并加入新鲜培养液、细胞又开始分裂。当释放时间大于TS时，所有细胞均脱离S期，再次加入过量TDR，细胞继续运转至G1/S交界处，被过量TDR抑制而停止。优点是同步化程度高，适用于任何培养体系。可将几乎所有的细胞同步化。缺点是产生非均衡生长，个别细胞体积增大。2）中期阻断法：利用破坏微管的药物将细胞阻断在中期，常用的药物有秋水仙素和秋水仙酰胺，后者毒性较少。优点是无非均衡生长现象，缺点是可逆性较差。6，特异的细胞周期是指那些特殊的细胞所具有的与标准的细胞周期相比有着鲜明特点的细 胞周期。 例如：爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期；细菌的细胞周期； 酵母细胞的细胞周期 ；植物细胞的细胞周期；第二节 细胞增殖方式：无丝分裂，又称直接分裂、有丝分裂、减数分裂。1，胞质分裂开始于细胞分裂后期，在赤道板周围细胞表面下陷，形成环形缢缩，称为分裂沟(furrow)。分裂沟的位置与纺锤体极性微管和钙离子浓度升高的变化有关 胞质分裂开始时，大量肌动蛋白和肌球蛋白在中体处组装成微丝并相互组成微丝束，环绕细胞，称为收缩环（contractile ring)。收缩环收缩、收缩环处细胞膜融合并形成两个子细胞。 2，复制：主要指遗传物质的自我复制。3、联会：指在减数分裂中同源染色体相互配对的现象，一般发生在第一次分裂前期的偶线期。4、限制点：G1期cell对一些环境因素有一敏感点，可以限制细胞通过周期，所以称其为限制点，简称元点，是控制cell增殖的关键5、着丝点：在主缢痕处2个染色单体的外侧表层部位的特殊结构，它与染色体微管接触， 是微管蛋白的组织中心，又称动粒。6、着丝粒：主缢痕外2条染色单体互相联系在一起的特殊部位。7、赤道板：细胞有丝分裂中期，染色体的着丝粒准确地排列在纺锤体的赤道平面上，因此叫做赤道板。8、纺锤体：减数和有丝分裂中期，细胞质中出现的纺锤形结构，由能收缩的微管和微丝纵向成束排列而成。9、同源染色体：形状、大小一般相同，带有相应的遗传信息，两者是成对的染色体。10姐妹染色单体：染色体在有丝分裂的间期进行自我复制，形成由一个着丝点连接着的两条完全相同的染色单体。11,有丝分裂：真核生物cell在形成染色体和纺锤体等丝状结构的同时发生复杂的核内变化，故称有丝分裂。前期：染色质浓缩形成有丝分裂染色体、细胞骨架解聚纺锤体开始装配 前中期：核膜破裂、核纤层解聚、 纺锤体组装。 中期：所有染色体排列到赤道面上。 后期：动粒微管去装备变短，染色体向两极运动。末期：动粒微管消失，高尔基体和内质网重新形成。12, 减数分裂：是一种特殊形式的有丝分裂，仅发生于有性生殖细胞形成过程中的某个阶段。特点：一次DNA复制，两次细胞分裂，染色体减半；S期时间较长；配对联会基因重组；同源染色体配对在中极板上，第一次分裂同源染色体分开。阶段： 前期I(细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期）、中期I、后期I、期I、减数分裂II 意义：a、确保世代间遗传的稳定性 b、增加变异机会，确保生物的多样性，增强生物适应环境变化的能力 c、减数分裂是生物有性生殖的基础，是生物遗传、生物进化和生物多样性的重要基础保证。第三节 1，MPF即细胞促分裂因子 ，它是一种使多种底物蛋白磷酸化的蛋白激酶； 由M期Cyclin周期蛋白，Cdk周期蛋白依赖激酶(Cyclin-dependent protein kinase)形成的复合物。2，MPF=CDK1=p34cdc2+cyclinB【MPF即CDK1激酶：由P34cdc2蛋白和周期蛋白B结合而成。】3，G2向M期转化受CDK1激酶调控，M期向后期转化受APC调控，G1期向S期转化受 G1-CDK激酶调控。思考题P439：1，3，4，9第十三章 细胞衰老与凋亡 第一节 细胞衰老1，Hay Hick界限：关于cell增殖能力和寿命是有限的观点。Cell，至少是培养的 细胞，不是不死的，而是有一定的寿命，它们的增殖能力不是无限的，而是有一定的界限，这个界限称Hay Hick界限。2、动物细胞死亡：凋亡、坏死、自噬。 A，细胞凋亡是一个主动的由基因决定的自动结束生命的过程，所以也常常称为细胞编程死亡（programmed cell death, PCD）。凋亡细胞将被吞噬细胞吞噬。包括：凋亡的起始；凋亡小体的形成；凋亡小体逐渐为邻近的cell吞噬并消化。生物学意义：细胞凋亡对于多细胞生物个体发育的正常进行，自稳平衡的保持以及抵御外界各种因素的干扰方面都起着非常关键的作用。例如：蝌蚪尾的消失，骨髓和肠的细胞凋亡；脊椎动物的神经系统的发育；发育过程中手和足的成形过程。 凋亡的特征：DNA发生核小体间的断裂，电泳时形成了特征性的梯状条带， DNA ladders。细胞凋亡的检测：形态学观测：染色法、透射和扫描电镜观察DNA电泳：DNA片段就呈现出梯状条带TUNEL测定法，即DNA断裂的原位末端标记法彗星电泳法（comet assay）单个细胞悬浮裂解电泳荧光染色调亡细胞中形成的DNA降解片段，在电场中泳动速度较快，使细胞核呈现出一种彗星式的图案；而正常的无DNA断裂的核在泳动时保持圆球形。流式细胞分析根据凋亡细胞DNA断裂和丢失，采用碘化丙啶使DNA产生激发荧光，用流式细胞仪检出凋亡的亚二倍体细胞，同时又能观察细胞的周期状态。 诱导细胞凋亡的因子：物理性因子，包括射线（紫外线，等）激冷，激热如（激刺度温的和温较，）等线射化学及生物因子：包括活性氧基团和分子，DNA和蛋白质合成的抑制剂，激素，细胞生长因子，肿瘤坏死因子（TNF抗，）Fas/Apo-1/CD95抗体等B，细胞坏死：机体局部，组织、器官或细胞的死亡称坏死。细胞坏死性死亡：由于某些外界因素造成cell的急速死亡称cell坏死性死亡，常引起炎症反应。C，细胞凋亡与坏死(necrosis)：细胞凋亡过程中，细胞质膜反折，包裹断裂的染色质片段或细胞器，然后逐渐分离，形成众多的凋亡小体（apoptotic bodies），凋亡小体则为邻近的细胞 所吞噬。 整个过程中，细胞质膜的整合性保持良好，死亡细胞的内容物不会逸散到胞外环境中去，因而不引发炎症反应。细胞坏死时，细胞质膜发生渗漏，细胞内容物，包括膨大和破碎的细胞器以及染色质片段，释放到胞外，导致炎症反应。第二节、1，细胞衰老：指体外培养的正常细胞经过有限次数的分裂后，停止分裂，细胞形态和生理代谢活动发生显著改变的现象。2，细胞核衰老是核膜内折；糙面内质网减少；线粒体数量减少体积变大； 密体累积；膜系统发生变化。思考P467：1，2，3，5第十四章 细胞分化与基因表达调控第一节1，细胞分化(cell differentiation)：在个体发育中，由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异，产生各不相同的细胞类群的过程。细胞分化是多细胞生物发育的基础与核心；细胞分化的关键在于特异性蛋白质合成；合成特异性蛋白质实质在于组织特异性基因在时间和空间上的差异性表达；差异性